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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
SETOR DE CÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA E CIÊNCIA DE
MATERIAIS
CORROSÃO NAS SOLDAS DO AÇO ASTM A 285 GRAU C EMPREGADOS NA
OBTENÇÃO DE CELULOSE PELO MÉTODO KRAFT
Valéria Motoyama
Ponta Grossa
2007
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA E CIÊNCIA
DE MATERIAIS
CORROSÃO NAS SOLDAS DO AÇO ASTM A 285 GRAU C EMPREGADOS NA
OBTENÇÃO DE CELULOSE PELO MÉTODO KRAFT
Valéria Motoyama
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Engenharia e Ciência
de Materiais como requisito parcial à
obtenção do título de MESTRE EM
ENGENHARIA E CIÊNCIA DE MATERIAIS
Orientador: Dr. Alfredo José Zara
Agência Financiadora: CAPES
Ponta Grossa
2007
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Ficha Catalográfica Elaborada pelo Setor de Processos Técnicos BICEN/UEPG
Motoyama, Valéria
M919c Corrosão nas soldas do aço ASTM A 285 grau C empregados
na obtenção de celulose pelo método Kraft. / Valéria Motoyama.
Ponta Grossa, 2008.
123f.
Dissertação ( Mestrado em Engenharia e Ciências de
Materiais – área de concentração : Desenvolvimento e
Caracterização de Materiais ), Universidade Estadual de Ponta
Grossa.
Orientador: Prof. Dr. Alfredo José Zara
1. Corrosao. 2. Aço ASTM A 285 C. 3. Soldagem.
4. Eletrodos revestidos. 5. Processo Kraft. I. Zara, Alfredo
José. II. T.
CDD: 624.183.4
DEDICATÓRIA
A Deus, à minha família, aos amigos, pelo apoio, carinho e compreensão
em todos os momentos na conquista desse objetivo.
CURRICULUM VITAE DO CANDIDATO
Engenheira de Materiais pela UEPG (2003).
ii
AGRADECIMENTOS
Com gratidão a todas as pessoas que colaboraram de maneira direta
ou indireta na execução deste trabalho.
Ao professor orientador Alfredo José Zara, pela amizade, confiança,
trabalho e toda a colaboração na realização deste objetivo.
Aos amigos e colegas de laboratório pelo companheirismo, apoio e
compreensão.
Aos técnicos Douglas, Milton, Dirceu, sempre prestativos quando
solicitados.
A empresa Iguaçu Celulose, Papel S.A. pela parceria e fornecimento
das condições necessárias para a realização deste projeto.
A Usiminas, pelo fornecimento do aço ASTM A 285 Grau C.
A Capes, agência financiadora da bolsa.
A UTFPR Unidade de Ponta Grossa, pela disponibilidade dos
laboratórios.
Aos professores Oscar e Jarem, pela colaboração.
iii
RESUMO
Neste trabalho, amostras de aço da classe ASTM A 285 Grau C, soldados
com eletrodos revestidos AWS E7018 e E6013, e com variação nas energias de
soldagem, foram submetidos a ensaios de corrosão eletroquímicos, imersos em
licor alcalino que é empregado em digestores descontínuos para obtenção de
celulose pelo processo Kraft. Os corpos de prova foram retirados por eletroerosão
do metal de base (MB), zona termicamente afetada (ZTA) e metal de solda (MS), e
submetidos a caracterização metalográfica. Constatou-se uma microestrutura
perlítica e ferrítica, com formação de ferrita acicular circundada por ferrita de
contorno de grão e ferrita Widmanstätten. Os corpos de prova soldados com os
eletrodos AWS E7018 apresentam perfis de dureza maiores que o AWS E6013,
devido ao maior teor de manganês e silício. As taxas de corrosão das regiões MB,
ZTA e MS aumentam com o acréscimo da temperatura do licor, sendo que as
regiões dos MS(s) apresentam taxas de corrosão maiores que as ZTA(s) e MB,
sem tratamento térmico, para ambos os eletrodos. Foram calculados valores de
0,30 mm/ano para MB, 1,49 mm/ano para ZTA e 2,63 mm/ano para MS com o
eletrodo AWS E7018, sem tratamento térmico, com alta energia, e para o eletrodo
AWS E6013, nas mesmas condições, 1,24 mm/ano para ZTA e 1,65 mm/ano para
o metal de solda.
Palavras-chaves: corrosão, aço 285 C, soldagem, eletrodos revestidos, processo
Kraft.
iv
CORROSION OF ASTM A 285 GRADE C STEEL WELDS USED IN
CELULLOSE PRODUCTION BY KRAFT PROCESS
ABSTRACT
In this work samples of ASTM A 285 Grade C class steel, welded with
covered electrodes AWS E7018 and AWS E6013, and with variations in the
welding energy, were tested electrochemically, immersed in alkaline liquor, which
is used in Kraft batch digesters. Workpieces were cut by electroerosion process
from base metal (MB), heat affected zone (ZTA) and weld metal (MS), and
submitted to metallographic characterization. A perlitic and ferritic microstructure
was observed, with acicular ferrite surrounded by grain boundary ferrite and
formation of Widmanstätten ferrite. Samples welded with AWS E7018 electrodes
show microhardness profiles higher than AWS E6013 electrodes due to higher
contents of manganese and silicon. Corrosion rates of MB, ZTA and MS regions
increase with liquor temperature, and MS regions show corrosion rates higher than
ZTA and MB, without heat treatment, for both electrodes. Values calculated were
0,30 mm/year for MB, 1,49 mm/year for ZTA and 2,63 mm/ano for MS with AWS
E7018 electrode, without heat treatment, high energy, and for AWS E6013
electrode, in the same conditions, 1,24 mm/year for ZTA and 1,65 mm/year for
weld metal.
Key-words: corrosion, 285 C steel, welding, covered electrodes, Kraft process.
v
SUMÁRIO
TERMO DE APROVAÇÃO........................................................................................i
AGRADECIMENTOS................................................................................................ii
RESUMO..................................................................................................................iii
ABSTRACT..............................................................................................................iv
SUMÁRIO.................................................................................................................v
ÍNDICE DE TABELAS.............................................................................................vii
ÍNDICE DE FIGURAS..............................................................................................ix
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS.............................................................................xvi
1
INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 1
2 REVISÃO DA LITERATURA................................................................................ 3
2.1 PROCESSO KRAFT DE POLPAÇÃO .............................................................. 3
2.1.1 LICOR DE COZIMENTO ALCALINO ............................................................. 3
2.1.2 A QUÍMICA DO COZIMENTO........................................................................ 6
2.2 SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO................................................... 9
2.2.1 ELETRODO REVESTIDO............................................................................ 10
2.2.2 CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS ELETRODOS UTILIZADOS
NESTE TRABALHO
................................................................................... 12
2.2.3 PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM .......................................................... 13
2.2.4 APORTE TÉRMICO..................................................................................... 13
2.3 MICROESTRUTURA DOS METAIS DE SOLDA ............................................ 14
2.4 MICROESTRUTURA DAS SOLDAS DE MÚLTIPLOS PASSES .................... 17
2.5 CORROSÃO EM DIGESTORES .................................................................... 18
2.6 DETERMINAÇÃO DE TAXAS DE CORROSÃO POR TÉCNICAS
ELETROQUÍMICAS
................................................................................... 21
3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................. 28
3.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO ASTM A
285 Grau C
................................................................................................. 28
3.2 SOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ....................................................... 29
vi
3.3 ENSAIO DE MICRODUREZA......................................................................... 33
3.4 PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA PARA ENSAIO
ELETROQUÍMICO
..................................................................................... 33
3.5 TRATAMENTO TÉRMICO PARA ALÍVIO DE TENSÕES............................... 34
3.6 PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DA TAXA DE CORROSÃO PELA
TÉCNICA ELETROQUÍMICA
..................................................................... 34
3.7 LICOR BRANCO............................................................................................. 35
3.8 ANÁLISE MACRO E MICROESTRUTURAL................................................... 36
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 38
4.1 ANÁLISE MICROESTRUTURAL DAS REGIÕES DOS CORPOS DE PROVA
................................................................................................................... 38
4.2 ANÁLISE DA VARIAÇÃO DA MICRODUREZA DAS REGIÕES DA SOLDA
DOS CORPOS DE PROVA
........................................................................ 50
4.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO DOS ENSAIOS ELETROQUÍMICOS PARA
DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CORROSÃO
...................................... 55
4.3.1 MEDIDA DOS POTENCIAIS DE CORROSÃO (E
CORR
) ............................... 55
4.3.2 MEDIDAS DE MICROPOLARIZAÇÕES ANÓDICAS E CATÓDICAS NOS
ELETRODOS MB, ZTA E MS
.................................................................... 64
4.3.3 MEDIDAS DE MACROPOLARIZAÇÕES ANÓDICAS E CATÓDICAS NOS
ELETRODOS MB, ZTA E MS
.................................................................... 73
4.3.4 TAXAS DE CORROSÃO PARA AS REGIÕES MB, ZTA E MS................... 89
5 CONCLUSÕES ................................................................................................ 111
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................... 112
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................. 113
APÊNDICE A……………………………………………………………………………119
ANEXO A………………………………………………………………………………..121
ANEXO B..............................................................................................................123
vii
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 Composição do licor branco Kraft típico e fatores de conversão da
química do licor [7].
.............................................................................. 5
Tabela 2.2 Tipo e faixa de corrente ilustrativa para diferentes eletrodos revestidos
[10].
.................................................................................................... 14
Tabela 3.1 Propriedades mecânicas do aço ASTM A 285 Grau C. ...................... 28
Tabela 3.2 Composição química do aço ASTM A 285 Grau C. ............................ 28
Tabela 3.3 Características dos eletrodos utilizados no processo de soldagem. ... 29
Tabela 3.4 Composição química do licor empregado no ensaio........................... 36
Tabela 4.1 Valores de dureza para os corpos de prova soldados com os eletrodos
E7018 e E6013, alta e baixa energia, em função da distância ao centro
do cordão de solda.
............................................................................ 51
Tabela 4.2 Valores das resistências de polarizações e potenciais de corrosão (E )
dos eletrodos extraídos das regiões MB, ZTA e MS a diferentes
temperaturas, com tratamento térmico, após 55 minutos em contato
com o licor aerado.............................................................................. 65
corr
Tabela 4.3 Valores das resistências de polarizações e potenciais de corrosão (E )
dos eletrodos extraídos das regiões MB, ZTA e MS a diferentes
temperaturas, sem tratamento térmico, após 55 minutos em contato
com o licor aerado.............................................................................. 66
corr
Tabela 4.4 Resistência de polarização do MB e das ZTA(s) dos eletrodos E7018 e
E6013, com e sem tratamento térmico, de alta e baixa energia de
soldagem em função da temperatura do licor aerado.
....................... 68
Tabela 4.5 Resistência de polarização do metal de solda (MS) dos eletrodos
E7018 e E6013, com e sem tratamento térmico, de alta e baixa
energia de soldagem, em função da temperatura do licor aerado.
.... 68
Tabela 4.6 Parâmetros eletroquímicos obtidos para MB, ZTA e MS dos eletrodos
E7018 e E6013, com tratamento térmico, a diferentes temperaturas.
77
viii
Tabela 4.7 Parâmetros eletroquímicos obtidos para MB, ZTA e MS dos eletrodos
E7018 e E6013, sem tratamento térmico, a diferentes temperaturas.
78
Tabela 4.8 Parâmetros eletroquímicos obtidos do metal de base para as condições
de presença e ausência de tratamento térmico em solução de licor
aerado para diferentes temperaturas.
................................................ 80
Tabela 4.9 Taxas de corrosão para o MB, ZTA e MS, sem tratamento térmico, dos
eletrodos E7018 e E6013, em função da temperatura do licor aerado
naturalmente.
..................................................................................... 90
Tabela 4.10 Taxas de corrosão para o MB, ZTA e MS, com tratamento térmico,
dos eletrodos E7018 e E6013, em função da temperatura do licor
aerado naturalmente.
......................................................................... 91
Tabela 4.11 Relação das taxas de corrosão em função da temperatura, para as
regiões da ZTA, MS e MB, sem tratamento térmico.
........................ 102
Tabela 4.12 Relação das taxas de corrosão em função da temperatura, para as
regiões da ZTA e MS, com tratamento térmico.
............................... 108
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Representação da concentração relativa do H
2
S, HS
-
e S
-2
para
diferentes níveis de pH [7].
................................................................... 8
Figura 2.2 Consumo do licor durante o processo Kraft de polpação [7].
Figura 2.3 Esquema básico do processo de soldagem com eletrodo revestido [10].
................................................................................................................................9
Figura 2.4 Curva de resfriamento contínuo esquemática para metal de solda de
aços baixo carbono [16].
.................................................................... 15
Figura 2.5 Microestruturas típicas de metal de solda em aços baixo carbono [16].
........................................................................................................... 16
Figure 2.6 Aço A36, soldagem por eletrodos revestidos, múltiplos passes.
Composição micrográfica da Zona Termicamente Afetada (ZTA)
mostrando (da esquerda para a direita) metal base, região temperada,
região transformada parcialmente, região de refino de grão, região de
crescimento de grãos, linha de fusão e zona de fusão. Ataque nital 2%
[17].
.................................................................................................... 17
Figure 2.7 Curvas de polarização para o aço ASTM A 285 Grau C em diferentes
licores de cozimento. Temperatura de 90˚C, taxa de varredura de 1
mV/s [20].
........................................................................................... 19
Figura 3.1 Chanfro obtido e o posicionamento das chapas para o aço ASTM A 285
Grau C.
............................................................................................... 30
Figura 3.2 EPS utilizada na soldagem com o eletrodo AWS E 7018. ................... 31
Figura 3.3 EPS utilizada na soldagem com o eletrodo AWS E 6013. ................... 32
Figura 3.4 Seccionamento do corpo de prova para exame metalográfico [17]
(adaptado).
......................................................................................... 36
Figura 4.1 Microestrutura do metal base (aço ASTM A 285 Grau C), sem
tratamento térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a
2%..
.................................................................................................... 38
x
Figura 4.2 Microestrutura do metal base (aço ASTM A 285 Grau C), com
tratamento térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a
2%..
.................................................................................................... 39
Figura 4.3 Microestrutura da ZTA, eletrodo E7018 alta energia, com tratamento
térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a 2%..
......... 40
Figura 4.4 Microestrutura da ZTA, eletrodo E7018 baixa energia, com tratamento
térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
.......... 40
Figura 4.5 Microestrutura da ZTA, eletrodo E7018, baixa energia, sem tratamento
térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
.......... 41
Figura 4.6 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) da ZTA do eletrodo E7018,
baixa energia, sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
Detalhamento da região de grãos finos.
............................................. 42
Figura 4.7 Microestrutura do metal de solda (MS), eletrodo E7018 alta energia,
sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
................. 43
Figura 4.8 Microestrutura do metal de solda (MS), eletrodo E7018 baixa energia,
sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
................. 43
Figura 4.9 Microestrutura do metal de solda (MS), eletrodo E7018 alta energia,
com tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
................. 44
Figura 4.10 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) do metal de solda (MS),
eletrodo E7018 alta energia, sem tratamento térmico. Ataque picral a
4% e nital a 2%. Detalhamento da ferrita acicular.
............................. 45
Figura 4.11 Microestrutura da zona termicamente afetada (ZTA), eletrodo E6013
baixa energia, sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a
2%..
.................................................................................................... 46
Figura 4.12 Microestrutura da zona termicamente afetada (ZTA), eletrodo E6013
alta energia, com tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
........................................................................................................... 46
Figura 4.13 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) da ZTA do eletrodo E6013,
alta energia, com tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
Detalhamento da região de grãos finos.
............................................. 47
xi
Figura 4.14 Microestrutura do metal de solda (MS), eletrodo E6013 alta energia,
sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
................. 48
Figura 4.15 Microestrutura do metal de solda (MS), eletrodo E6013 baixa energia,
sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
................. 48
Figura 4.16 Microscopia eletrônica de varredura do MS E6013 baixa energia, sem
tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
......................... 49
Figura 4.17 Variação da microdureza Vickers versus distância do cordão de solda.
Amostras soldadas com o eletrodo E7018, com alta e baixa energia de
soldagem.
........................................................................................... 53
Figura 4.18 Variação da microdureza Vickers versus distância do cordão de solda.
Amostras soldadas com o eletrodo E6013, com alta e baixa energia de
soldagem.
........................................................................................... 54
Figura 4.19 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, para o
aço ASTM A 285 Grau C, sem tratamento térmico, até aos 55 minutos
de contato com a solução aerada do licor.
......................................... 56
Figura 4.20 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, para
o aço ASTM A 285 Grau C, com tratamento térmico, até aos 55
minutos de contato com a solução aerada do licor.
........................... 56
Figura 4.21 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo AWS E 7018, de alta energia, com
tratamento térmico, até aos 55 minutos de contato com a solução
aerada do licor.
................................................................................... 57
Figura 4.22 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo AWS E 7018, de baixa energia, com
tratamento térmico, até aos 55 minutos de contato com a solução
aerada do licor.
................................................................................... 58
Figura 4.23 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 7018, de alta energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato com a solução aerada do licor.
...................... 59
xii
Figura 4.24 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 7018, de baixa energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato com a solução aerada do licor.
...................... 59
Figura 4.25 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo E 6013, de alta energia, com tratamento
térmico, até aos 55 minutos de contato com a solução aerada do licor.
61
Figura 4.26 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo E 6013, de baixa energia, com tratamento
térmico, até aos 55 minutos de contato com a solução aerada do licor.
62
Figura 4.27 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 6013, de alta energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato com a solução aerada do licor.
...................... 62
Figura 4.28 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 6013, de baixa energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato com a solução aerada do licor.
...................... 63
Figura 4.29 R
p
em função da temperatura para o aço ASTM A 285 Grau C, com
tratamento e sem tratamento térmico, no licor aerado naturalmente.
69
Figura 4.30 R
p
versus temperatura para a ZTA do eletrodo E7018, com e sem
tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
............. 70
Figura 4.31 R
p
versus temperatura para a ZTA do eletrodo E6013, com e sem
tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
............. 70
Figura 4.32 R
p
versus temperatura para o MS do eletrodo E7018, com tratamento
e sem tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
.. 72
Figura 4.33 R
p
versus temperatura para o MS do eletrodo E6013, com tratamento
e sem tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
.. 72
Figura 4.34 Curvas de polarização do aço ASTM A 285 Grau C (MB), em
diferentes temperaturas, com tratamento térmico e em contato com a
solução de licor aerada naturalmente.
............................................... 74
xiii
Figura 4.35 Curvas de polarização do aço ASTM A 285 Grau C (MB), em
diferentes temperaturas, sem tratamento térmico e em contato com a
solução de licor aerada naturalmente.
............................................... 74
Figura 4.36 Comportamento das constantes de Tafel β
a
e β
c
em função da
temperatura, para o metal de base, com e sem tratamento térmico.
.79
Figura 4.37 Potencial de corrosão E
corr
para o metal base, com e sem tratamento
térmico em função da temperatura do licor.
....................................... 81
Figura 4.38 Comportamento da corrente de corrosão (icorr), para o metal base
sem e com tratamento térmico em função da temperatura do licor.
... 82
Figura 4.39 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com alta energia de
soldagem e tratado termicamente, em solução de licor aerado, a
diferentes temperaturas.
..................................................................... 83
Figura 4.40 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com alta energia de
soldagem e sem tratamento térmico, em solução de licor aerado, a
diferentes temperaturas.
..................................................................... 84
Figura 4.41 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, com alta
energia de soldagem e sem tratamento térmico, em solução de licor
aerado, a diferentes temperaturas.
.................................................... 85
Figura 4.42 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com baixa energia
de soldagem e com tratamento térmico, em licor aerado, a diferentes
temperaturas.
..................................................................................... 86
Figura 4.43 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com baixa energia
de soldagem, sem tratamento térmico, em licor aerado, a diferentes
temperaturas.
..................................................................................... 86
Figura 4.44 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, baixa
energia de soldagem e sem tratamento térmico, em solução de licor
aerado, a diferentes temperaturas.
.................................................... 87
Figura 4.45 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, alta
energia de soldagem e com tratamento térmico, em licor aerado, a
diferentes temperaturas.
..................................................................... 88
xiv
Figura 4.46 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, baixa
energia de soldagem, com tratamento térmico, em licor aerado, a
diferentes temperaturas.
..................................................................... 88
Figura 4.47 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, alta energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 92
Figura 4.48 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, alta energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 92
Figura 4.49 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, baixa energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 94
Figura 4.50 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, baixa energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 94
Figura 4.51 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, alta energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 95
Figura 4.52 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, alta energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 96
Figura 4.53 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, baixa energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 97
Figura 4.54 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, baixa energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
.......................................................................... 97
Figura 4.55 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) da ZTA, sem T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
.............................................. 99
xv
Figura 4.56 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) da ZTA, com T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
.............................................. 99
Figura 4.57 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) do MS, sem T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
............................................ 100
Figura 4.58 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) do MS, com T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
............................................ 101
Figura 4.60 Cordão de solda do E7018, utilizado no digestor VI, da Iguaçu
Celulose, Papel S.A, de aço ASTM 516 Grau 60, durante manutenção
anual.
............................................................................................... 105
Figura 4.61 Cordão de solda da parede interna do digestor VI, aço ASTM 516
Grau 60, preenchido com eletrodo AWS E 7018 durante manutenção
anual.
............................................................................................... 106
Figura 4.62 Superfície interna superior do digestor VI, aço ASTM 516 Grau 60.
(ver Anexo B).
.................................................................................. 109
xvi
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
ASTM – American Society for Testing Materials
AWS – American Welding Society
E
corr
– Potencial de corrosão (Volts)
FA – Ferrita Acicular
FCG – Ferrita de Contorno de Grão
FW – Ferrita Widmanstätten
i
corr
– corrente de corrosão (microAmpére)
MB – Metal de Base
MS – Metal de Solda
R
p
– Resistência de Polarização (Ohm)
T.T. – Tratamento Térmico
ZTA – Zona Termicamente Afetada
β
a
– Coeficiente de Tafel anódico (miliVolts)
β
c
– Coeficiente de Tafel catódico (miliVolts)
1 INTRODUÇÃO
O processo de polpação Kraft consiste na etapa de fabricação da celulose
realizada para extrair as fibras da madeira. Neste processo, um licor alcalino é
utilizado para dissolver a lignina da madeira. Os cavacos são expostos ao licor de
cozimento por várias horas à temperatura e pressão elevadas em digestor. A
digestão pode ocorrer em processos descontínuos ou contínuos [
1].
Digestores contínuos e descontínuos construídos em aço carbono ou
revestidos com aços inoxidáveis apresentam freqüentemente problemas de
corrosão, podendo resultar em falhas catastróficas como em Pine Hill, Alabama,
com um digestor contínuo, em 1980, e na Cidade do Panamá, Flórida, com um
digestor descontínuo em 1994 [
2]. A prevenção de falhas exige inspeções e
manutenção anuais dos digestores com alto custo para as empresas [
3].
A corrosão em digestores de cozimento tipo Kraft tem sido objeto de
pesquisas há um longo tempo. Os aços carbono ainda são os materiais de
construção para digestores predominante no mundo inteiro, e são alvos de
estudos eletroquímicos e testes por cupom de corrosão [
4 ]. Embora sejam
tradicionalmente empregados, não são resistentes à corrosão em licores alcalinos,
resultando em valores de sobreespessura para corrosão consideráveis na
construção de novos digestores [3].
Estudos comprovam que a presença de silício nos aços é prejudicial à
resistência a corrosão em licores alcalinos de polpação. Digestores construídos
nos anos 50 e 60 utilizavam uma versão modificada do aço ASTM A 285 Grau C,
que continha menos do que 0,02%Si, mas nos anos 70 as indústrias deixaram de
produzir essa versão modificada e o aço padrão ASTM A 285 Grau C substituiu o
seu lugar. Este não possui teor de Si máximo especificado, apresentando taxas de
corrosão maiores. A classe de aços ASTM A 516 Grau 70 também passou a ser
utilizada na construção de novos digestores, com teores de Si especificados (0,15
2
a 0,30%), mas também com taxas de corrosão maiores do que os antigos aços de
baixo silício A 285 Grau C [1,3,
5].
Este trabalho apresenta um estudo da corrosão nos aços ASTM A 285 Grau
C utilizados como materiais de construção dos digestores descontínuos tipo Kraft.
Estudos anteriores comprovaram a melhor resistência à corrosão da classe A 285
Grau C, quando comparados com aços ASTM A 516 Grau 60, visto que digestores
também são construídos com este material [
6 ]. Os digestores apresentam
processos de corrosão acentuados, tanto na região da solda como nas paredes do
digestor. A manutenção destes equipamentos é feita anualmente com o mesmo
processo de soldagem (eletrodo revestido) e tipo de eletrodo (AWS E7018)
utilizados na sua construção. O objetivo deste trabalho é modificar o procedimento
de soldagem de fabricação do digestor e estudar a corrosão em corpos de prova
confeccionados em aços ASTM A 285 Grau C. Além dos eletrodos revestidos
básicos AWS E 7018, empregaram-se os eletrodos rutílicos AWS E 6013 e a
execução das soldagens foi realizada com aplicação dos valores máximos e
mínimos de corrente da faixa recomendada pelos fabricantes. Após a soldagem
caracterizaram-se eletroquimicamente as regiões do metal de solda, zona
termicamente afetada e metal de base das amostras retiradas dos corpos de
prova, bem como em amostras tratadas termicamente para alívio de tensões
residuais. Foram realizados também caracterização microestrutural e microdureza.
As taxas de corrosão obtidas são comparadas com os laudos de medição
de espessura fornecidos pela Iguaçu Celulose, Papel S.A.
3
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 PROCESSO KRAFT DE POLPAÇÃO
O primeiro passo na realização do processo Kraft consiste em preencher o
digestor com cavaco de madeira e licor de cozimento. Este licor de cozimento é
formado por uma solução aquosa composta principalmente de hidróxido de sódio
(NaOH), sulfeto de sódio (Na
2
S) e carbonato de sódio (Na
2
CO
3
).
Após o carregamento do digestor, a temperatura é gradualmente
aumentada (1–5 horas) até atingir 170
o
C e uma pressão de cozimento de 7
Kg/cm
2
. A polpação é realizada, em geral, a 170
o
C, por cerca de uma hora. As
reações que ocorrem durante o cozimento resultam na degradação dos
carboidratos e da lignina da madeira. Após o cozimento, o conteúdo do digestor é
expulso para uma câmara de expansão. A súbita queda de pressão causa uma
“explosão” dos cavacos, resultando no seu desfibramento. As fibras são, a seguir,
cuidadosamente lavadas, para remoção de lixívia negra [
7].
2.1.1 LICOR DE COZIMENTO ALCALINO
Na indústria de papel e celulose os licores alcalinos são denominados por
“licor branco”, “licor verde” e “licor negro”. Dentro do digestor, ocorre a reação
entre a madeira e o “licor branco”, uma solução contendo hidróxido de sódio,
sulfeto de sódio e carbonato de sódio. Após a polpação, o “licor negro” resultante
(licor branco empobrecido de hidróxidos contendo vários compostos orgânicos
dissolvidos, como a lignina) é extraído e concentrado por evaporação da água e
queimado numa caldeira de recuperação onde os compostos inorgânicos são
4
recuperados na forma de sais fundidos. Subseqüentemente são dissolvidos
novamente em água formando o “licor verde”. A adição de cal reconstitui o licor
verde em “licor branco” a ser usado no cozimento [5].
Por causa da presença de diferentes compostos de sódio no licor de
cozimento, vários conceitos são utilizados para caracterizar o denominado “Licor
Branco”. É necessário expressar a concentração de todos os compostos químicos
em termos de um material padrão equivalente. Nos Estados Unidos e no Brasil, o
Na
2
O é utilizado como composto químico padrão e as concentrações de todos os
outros compostos no licor de cozimento são expressas em termos da quantidade
equivalente de Na
2
O. A Tabela 2.1 mostra a composição do licor branco Kraft
típico e fatores de conversão da química do licor [7].
5
Tabela 2.1 Composição do licor branco Kraft típico e fatores de conversão da
química do licor [7].
Denominação
Química
Fórmula
Química
Massa
Molar
(g/mol)
Massa Molar
equiv. de 62
partes para
Na
2
O
f* de peso
para química
de Na
2
O
equiv.
f* de química
de Na
2
O
equiv para
peso
A B C D= 62/C F=C/62
Óxido de sódio Na
2
O 62,0 62,0 1,000 1,000
Hidróxido de
sódio
NaOH 40,0 80,0 0,775 1,290
Sulfeto de sódio Na
2
S 78,0 78,0 0,795 1,258
Hidrossulfeto de
sódio
NaHS 56,0 112,0 0,554 1,807
Carbonato de
sódio
Na
2
CO
3
106,0 106,0 0,585 1,710
Sulfato de sódio Na
2
SO
4
142,0 142,0 0,437 2,290
Tiossulfato de
sódio
Na
2
S
2
O
3
158,1 158,1 0,392 2,635
Sulfito de sódio Na
2
SO
3
126,0 126,0 0,492 2,032
f
*
= fator de conversão
Dois dos importantes parâmetros de controle do processo são o alcáli ativo
e a sulfidez do licor branco. Esses parâmetros são baseados nas concentrações
(em g/L) de sulfetos e hidróxidos, expressos como equivalentes de Na
2
O.
Álcali Ativo = ([Na
2
S] como [Na
2
O]) + ([NaOH] como [Na
2
O])
Sulfidez (%) = 100 x ([Na
2
S] como [Na
2
O]) / A.A
6
A concentração de alcáli ativo no licor branco tipicamente encontra-se no
valor de 104±4 g/L, podendo variar as concentrações de Na
2
S e NaOH. Em geral,
licores de alta sulfidez possuem altas concentrações de Na
2
S, e licores com baixa
sulfidez possuem concentrações em torno de 30-35% [5].
2.1.2 A QUÍMICA DO COZIMENTO
O enxofre é adicionado em forma de sulfato de sódio, que é transformado
em sulfeto de sódio, na caldeira de recuperação.
Os dois principais reagentes químicos no licor de cozimento Kraft, o
hidróxido de sódio e o sulfeto de sódio são eletrólitos e, em solução aquosa,
dissociam-se, formando os íons Na
+
, OH
-
, HS
-
e S
-2
. As reações de dissociação
do sulfeto de sódio (Na
2
S) podem ser resumidas no seguinte equilíbrio químico:
Na
+
+ NaS
-
⇔ 2Na
+
+ S
–2
(2.1)
O íon S
-2
é uma base mais forte que a água, reagindo com ela, e formando
íon bissulfeto (HS
-
) que, por sua vez, também reage com a água, formando sulfeto
de hidrogênio (H
2
S), de acordo com as seguintes reações de hidrólise:
S
-2
+ H
2
O ⇔ HS
-
+ OH
-
(2.2)
HS
-
+ H
2
O ⇔ H
2
S + OH
-
(2.3)
Os ácidos H
2
S e HS
-
formados a partir da hidrólise do íon S
-2
tem valores
de pKa
1
= 7 e pKa
2
= 13,5 respectivamente.
Esse equilíbrio é dinâmico, apresentando variações durante o cozimento
como pode ser visto nas equações anteriores. A extensão da dissociação, ou seja,
7
a posição do equilíbrio depende do pH do sistema. Para esse sistema, o pKa
1
,
reflete o valor de pH no qual ocorre a primeira dissociação do H
2
S e
conseqüentemente a formação da espécie HS
-
(pH em torno de 7). Já o pKa
2
reflete o valor de pH no qual ocorre a segunda dissociação do H
2
S e conseqüente
formação da espécie S
-2
(pH em torno de 13,5).
No início do cozimento Kraft, em virtude da alta carga de álcali ativo, o pH é
cerca de 14 e, conseqüentemente, mais da metade do enxofre está no estado
ionizado, como S
-2
. Entretanto, à medida que o cozimento progride, o OH
-
é
continuamente consumido em reações com os componentes da madeira e o S
-2
é
hidrolisado em HS
-
e OH
-
. Após cerca de 1-1,5 horas de cozimento, quando o pH
diminui para 12,5 , 90% do S
-2
estão hidrolisados para HS
-
e OH
-
. Considerando
que num cozimento normal o pH não diminui abaixo de 11, ou talvez 10,5, a
formação de H
2
S é desprezível.
Apesar de várias substâncias químicas estarem presentes num licor de
cozimento Kraft, as únicas ativas nas reações de polpação são as espécies OH
-
,
HS
–
e o S
-2
.
O HS
–
e o S
-2
são específicos para as reações de degradação da lignina, e
não degradam os carboidratos, enquanto o OH
-
reage e causa a degradação tanto
da lignina como dos carboidratos. Durante o cozimento, ocorre uma situação ideal,
à medida que o cozimento progride e os carboidratos ficam mais expostos ao licor
de cozimento, as concentrações de HS
–
e o S
-2
decrescem e a concentração de
HS
2–
aumenta, até o máximo, permanecendo constante durante o resto do tempo
de cozimento [
8].
As Figuras 2.1 e 2.2 mostram o comportamento das espécies iônicas do
enxofre em relação ao pH do meio e o consumo dos principais componentes do
licor, durante o processo de polpação.
9
Desta forma, através da atuação química das espécies HS
-
, S
-2
e OH
-
e
através dos efeitos da temperatura e da descompressão, são obtidas as fibras de
celulose da madeira.
2.2 SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO
O ambiente de operação dos digestores é extremamente corrosivo. Eles
estão sujeitos a perdas de metal consideráveis. Quando a espessura da parede
aproxima-se do valor mínimo ditado pela norma, devem ser substituídos ou
restaurados. Um procedimento de manutenção utilizado pelas indústrias de papel
e celulose [2], e aplicado pela Iguaçu Celulose, Papel S.A, é o revestimento por
deposição de solda utilizando a soldagem por eletrodo revestido. É um método
bastante aplicado também pelas indústrias petroquímicas para recuperação de
equipamentos tais como vasos de pressão, devido a sua alta versatilidade e
relativo baixo custo [
9].
Neste processo de soldagem, a união dos metais é produzida pelo calor do
arco elétrico criado entre um eletrodo metálico consumível revestido e a peça a
soldar (Figura 2.3) [
10,11].
Figura 2.3 Esquema básico do processo de soldagem com eletrodo revestido [10].
10
O revestimento é consumido junto com o eletrodo pelo calor do arco
desempenhando funções fundamentais ao processo de soldagem como, por
exemplo, a estabilização do arco, a proteção do metal fundido pela formação de
escória e de gases e a adição de elementos de liga e de desoxidantes à poça de
fusão [10].
2.2.1 ELETRODO REVESTIDO
Os revestimentos dos eletrodos são constituídos de uma mistura a base de
rutilo, carbonato de cálcio, celulose, fluoretos, além de produtos ativos (pó de
ferro), elementos de liga e de um aglomerante tal como silicato de potássio ou de
sódio.
A alma do eletrodo tem várias funções importantes, sendo as principais
delas estabelecer o arco e fornecer o metal de adição para a solda [
12].
Existem várias classificações de eletrodos, sendo no Brasil mais utilizada
normas da American Welding Society (AWS). Basicamente a classificação AWS
A5.1 e A5.5, consiste em:
E XXYZ – S (2.4)
Onde: E significa eletrodo; XX o limite de resistência mínimo do metal
depositado em ksi; Y a posição de soldagem; Z o tipo de corrente, penetração e
tipo de revestimento; S a composição química do metal de solda, principalmente
para eletrodos de aços de baixa liga [12].
Quanto ao tipo de revestimento existem basicamente 4 classes de
eletrodos:
11
• Revestimento celulósico (finais 0 e 1): penetração profunda, boa taxa de
deposição, boa utilização em todas as posições, escória fina e de fácil
remoção. Alto teor de hidrogênio dissolvido no metal de solda, portanto não
é recomendável para aços de alta resistência e baixa liga. Devido à alta
penetração e facilidade de operação (inclusive na posição vertical
descendente) é o tipo de eletrodo preferido para oleodutos e gasodutos [12].
Elevada produção de gases resultantes da combustão dos materiais
orgânicos (principalmente a celulose), CO
2
, CO, H
2
, H
2
O. Não devem ser
ressecados [
13].
• Revestimento rutíllico (finais 2, 3 e 4): seu principal componente é o TiO
2
.
Penetração e taxa de deposição mediana. Fácil de operar e de remover a
escória. Apresenta cordão de bom acabamento. Indicado para serviços
gerais. Não é recomendável para aços de baixa liga e alta resistência ou
grandes espessuras [12]. Requer ressecagem à temperatura relativamente
baixa para que o metal de solda não apresente porosidades grosseiras. O
metal de solda pode apresentar nível de hidrogênio alto (até 30mL / 100g
de metal depositado) [13].
• Revestimento básico (finais 5, 6 e 8): a principal propriedade é o baixo teor
de hidrogênio dissolvido no metal depositado (5 a 10ml / 100g de metal
depositado), conseguido pela adição de ingredientes inorgânicos
(principalmente o carbonato de cálcio) e por meio de secagem em
temperatura elevada. Metal de solda altamente desoxidado e com baixo
nível de inclusões complexas de sulfetos e fosfetos. Apresenta as melhores
propriedades mecânicas, sendo indicado para aços de baixa liga e alta
resistência. Escória fluida e facilmente destacável. Apresenta arco estável,
podendo ser usado em qualquer posição. Com adição de pó de ferro
aumenta-se a taxa de deposição. Deve sofrer ressecagem antes da
utilização [12,13].
• Revestimento de óxido de ferro/silicatos (final 7): constituído basicamente
de óxidos de ferro e manganês. Produz escória oxidante, abundante e de
12
fácil destacamento. É um tipo de eletrodo pouco usado. Apresenta depósito
com boa ductilidade e acabamento. Alta taxa de deposição e baixa
resistência ao impacto [12,
14].
2.2.2 CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS ELETRODOS UTILIZADOS
NESTE TRABALHO
• eletrodos E6013 contêm um grande percentual de dióxido de titânio (rutilo
– TiO
2
) em seu revestimento. São projetados para ter um arco de baixa
penetração, permitindo que metais de pequena espessura sejam soldados
sem furar a peça. O revestimento contém compostos de potássio
suficientes para estabilizar o arco na soldagem com corrente alternada (CA).
Uso geral, todos os tipos de juntas, em todas as posições, produzindo
cordões de excelente acabamento; soldagem de chapas navais, estruturas
metálicas, construções em geral; bom desempenho em chapas
galvanizadas, juntas mal preparadas e ponteamento [13,
15].
• eletrodos E7018 são a versão mais moderna do eletrodo de baixo
hidrogênio. Adição de quantidades consideráveis de pó de ferro ao
revestimento para um arco mais suave e com menos respingos. Esse
balanço de ingredientes do revestimento resulta em melhor estabilidade e
direção do arco, e facilidade de manuseio em todas as posições.
Uso geral
em soldagem de grande responsabilidade, depositando metal de alta
qualidade; todos os tipos de juntas; alta velocidade e boa economia de
trabalho; indicado para estruturas rígidas, vasos de pressão, construções
navais, aços fundidos, aços não ligados de composição desconhecida, etc
[13,15].
13
2.2.3 PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM
Na soldagem manual com eletrodos revestidos, os parâmetros de soldagem
compreendem basicamente o tipo e diâmetro do eletrodo, o tipo, a polaridade e o
valor da corrente de soldagem, a tensão aplicada e o comprimento do arco, a
velocidade de soldagem e a técnica de manipulação do eletrodo.
O tipo de corrente e a polaridade afetam a forma e as dimensões da poça
de fusão, a estabilidade do arco e o modo de transferência de metal de adição.
Em geral, a soldagem manual com polaridade inversa produz uma maior
penetração enquanto que, com polaridade direta, a penetração é menor, mas a
taxa de fusão é maior. Com corrente alternada, a penetração e a taxa de fusão
são intermediárias, mas a estabilidade do processo pode ser inferior. Por outro
lado, a soldagem com CA apresenta menos problemas de sopro magnético, sendo
melhor para a soldagem com eletrodos e correntes maiores [10].
2.2.4 APORTE TÉRMICO
Na soldagem a arco elétrico o aporte térmico (ou energia de soldagem) é
definido como o calor cedido à junta soldada por unidade de comprimento e é
calculado pela equação:
(2.5)
Para um dado diâmetro de eletrodo, a faixa de corrente em que este pode
ser utilizado depende do tipo e da espessura do seu revestimento. A Tabela 2.2
ilustra faixas usuais de corrente em função do diâmetro para eletrodos celulósicos,
rutílicos e básicos. O valor mínimo de corrente pode ser determinado pelo
14
aumento da instabilidade do arco, e o valor máximo, pela degradação do
revestimento durante a soldagem devido ao seu aquecimento excessivo por efeito
Joule. A forma ideal de se obter a faixa de corrente para um eletrodo é através da
consulta do certificado do eletrodo emitido por seu fabricante [10].
Tabela 2.2 Tipo e faixa de corrente ilustrativa para diferentes eletrodos revestidos
[10].
Faixa de corrente (A)
Tipo de
eletrodo
Tipo de
corrente
Diâmetro
(mm)
mínimo máximo
E6010
celulósico
CC+
2,5
3,2
4,0
5,0
60
80
100
120
80
140
180
250
E6013 rutílico
CA ≥ 50A
CC+ ou -
2,5
3,2
4,0
5,0
60
80
105
155
100
150
205
300
E7018 básico
CA ≥ 70A
CC+
2,5
3,2
4,0
5,0
65
110
140
185
105
150
195
270
2.3 MICROESTRUTURA DOS METAIS DE SOLDA
Várias curvas de transformação de resfriamento contínuo representam
esquematicamente o desenvolvimento microestrutural do metal de solda para aços
de baixo carbono e aços de baixa liga. A Figura 2.4 apresenta um diagrama
proposto por Onsoien et al [16]. Os hexágonos representam seções transversais
de grãos de austenita no metal de solda. Com o resfriamento da austenita para
temperaturas mais baixas, a ferrita nucleia nos contornos de grão e cresce
15
interiormente. Esta ferrita de contorno de grão é também denominada ferrita
alotriomórfica, significando que é uma ferrita sem forma regular [
16].
Figura 2.4 Curva de resfriamento contínuo esquemática para metal de solda de
aços baixo carbono [16].
A temperaturas mais baixas, a mobilidade da frente de crescimento planar
da ferrita de contorno de grão diminui, e a ferrita Widmanstätten, também
chamada de ferrita de placas laterais, se forma. Essas placas laterais podem
crescer mais rápido porque o carbono, ao invés de acumular à frente de
crescimento, desloca-se para as laterais. A temperaturas mais baixas, novos
grãos de ferrita nucleiam nas partículas de inclusão, com orientação randômica,
são as denominadas ferritas aciculares. Dependendo da taxa de resfriamento,
pode ocorrer a formação de bainita e martensita. A Figura 2.5 mostra a
microestrutura do metal de solda de um aço baixa liga. Na Figura 2.5(a)
observam-se as regiões de ferrita de contorno de grão (A), ferrita Widmanstätten
17
2.4 MICROESTRUTURA DAS SOLDAS DE MÚLTIPLOS PASSES
A junta soldada por eletrodo revestido usualmente é completada pela
deposição de camadas de passes de soldagem da base para o topo da junta e
aplicação de reforço na raiz [
17].
Portanto, cada cordão de solda é tratado termicamente pelo cordão
subseqüente. O comportamento da transformação das zonas reaquecidas e da
zona termicamente afetada são idênticos, resultando em microestruturas que
podem ser divididas em quatro regiões: a região de crescimento de grão, a região
de refino de grãos, a região transformada parcialmente, e a zona temperada.
Exemplos dessas regiões em uma junta soldada de aço carbono são mostradas
na Figura 2.6 [17].
Figure 2.6 Aço A36, soldagem por eletrodos revestidos, múltiplos passes.
Composição micrográfica da Zona Termicamente Afetada (ZTA)
mostrando (da esquerda para a direita) metal base, região temperada,
região transformada parcialmente, região de refino de grão, região de
crescimento de grãos, linha de fusão e zona de fusão. Ataque nital 2%
[17].
Apesar dos curtos tempos a elevadas temperaturas do aquecimento em
soldagem, pode-se conseguir um forte efeito de revenimento na ZTA, que
18
depende das temperaturas de transformação no aquecimento do material. Para
isso existem técnicas de procedimentos de reparo por soldagem em que não há
exigência de tratamento térmico posterior [
18].
2.5 CORROSÃO EM DIGESTORES
Os ambientes de operação dos digestores são muito severos para os
materiais. A natureza cíclica da operação submete os aços carbono ao estado
ativo no início de cada cozimento, tornando-os passivos com o prosseguimento do
cozimento [3,4,
19 ,20]. A mudança de transição ativo/passivo resulta em
substanciais perdas de metal. A proporção de licores branco e negro adicionados
é um fator importante, sendo que quanto maior a quantidade de licor branco, mais
corrosivo é o digestor [3]. A Figura 2.7 mostra curvas de polarização para aço
carbono em licores de cozimento branco e verde. A densidade de corrente
necessária para passivar o aço em licor branco foi aproximadamente 100 vezes
maior do que para o licor verde [
20].
19
Figure 2.7 Curvas de polarização para o aço ASTM A 285 Grau C em licores de
cozimento branco e verde. Temperatura de 90˚C, taxa de varredura de
1 mV/s [20].
No início do cozimento, quando o licor é mais concentrado em hidróxidos e
sulfetos, o digestor está no estado ativo com potenciais de corrosão muito baixos.
Durante o aquecimento, o potencial de corrosão aumenta gradualmente para
valores de passivação até a temperatura de cozimento ser alcançada (170˚C).
Pode ocorrer um retorno ao estado ativo antes do final do cozimento, conforme o
licor se torna empobrecido em hidróxidos [
21].
Resultados comprovam que quanto maior a sulfidez (Na
2
S) do licor, mais
corrosivos serão os aços carbono [5]. Para o teor de polissulfetos (S
x
-2
), sabe-se
que é um oxidante capaz de aumentar a taxa de corrosão de aços carbono
quando em baixas concentrações, mas quando em altas concentrações (2 g/L),
passivam os aços, reduzindo a corrosão [20].
Os aços carbono disponíveis atualmente para fabricação de digestores
contêm adições de Si que são prejudiciais à resistência a corrosão. Os antigos
aços ASTM A 285 Grau C “modificados” com baixíssimos teores de Si (0,02%) já
não são mais fabricados devido ao mercado ser relativamente pequeno. Aços da
20
classe ASTM A 516 Grau 60 (0,15 a 0,30% de Si) são também muito utilizados
para construção de digestores e apresentam taxas de corrosão maiores do que os
da classe ASTM A 285 Grau C [1,3,5,6,19,
22 ]. O eletrodo E7018, o mais
comumente utilizado na soldagem por eletrodo revestido, contém usualmente
metal de deposição com 0,6% Si, além disso, a microestrutura colunar das soldas
tem baixa resistência a corrosão, colaborando para a corrosão acentuada dessa
região. O uso de metal de solda de baixo Si (por exemplo E6010) nos passes
finais tem sido utilizado em novos digestores [1,3].
Os digestores descontínuos de aço carbono estão sujeitos a corrosão por
perda de espessura uniforme, a aparência da corrosão podendo variar de lisa e
uniforme a presença de alvéolos, rugosidades, sulcos verticais alinhados nas
regiões abaixo de entradas de bicos de termopares. Um problema que pode
ocorrer é o esguicho de licor na parede quente do digestor, o que é
particularmente agressivo, danificando o filme passivante formado no cozimento
anterior e reativando a superfície durante os estágios iniciais do novo cozimento.
O trincamento devido à corrosão sob tensão cáustica ocorre raramente, devido à
natureza cíclica do processo, que evita que o potencial se situe dentro da faixa
crítica da ocorrência da corrosão sob tensão. As medidas de proteção à corrosão
nos digestores incluem: proteção anódica, uso de chapas cladeadas com aços
inoxidáveis, revestimento por deposição de solda de aços inoxidáveis de alto teor
de cromo, aplicação de revestimentos por aspersão térmica ou uma combinação
dessas alternativas [3,4,5,19,22,
23]. Para construção de novos digestores, o uso
de aços inoxidáveis duplex (austeníticos/ferríticos) oferece uma vida útil longa,
com baixa necessidade de manutenção [3,4,5,19,22,
24].
A substituição de aço carbono por aços inoxidáveis austeníticos da série
300 pode não ser economicamente vantajosa, devido à necessidade de grandes
espessuras, pois o ambiente de processo envolve altas temperaturas e pressões
[4]. Além disso, têm-se relatos de insucesso no uso desses materiais, como a
corrosão intergranular de chapas cladeadas submetidas à faixa de temperatura de
21
sensitização durante tratamento térmico pós-soldagem na construção do digestor
[
25] ou devido aos ciclos térmicos impostos pela soldagem multipasses [1].
Os aços inoxidáveis duplex do tipo 2205 estão sendo cada vez mais
implementados pelas indústrias de processo, devido aos altos teores de Cr, fator
determinante para a excelente resistência a corrosão. Esta classe de aços
também possui melhores propriedades mecânicas do que os aços da série 300,
não necessitando altas espessuras de parede, sendo, portanto, mais viável
economicamente como material para a construção de digestores [4,5,22,
26 ],
cladagem (3 a 6 mm) ou deposição de solda (4 a 5 mm) [3]. Em licores tipo Kraft,
a adição de molibdênio aumenta a taxa de corrosão para os aços duplex. Sugere-
se que o teor de Cr mínimo requerido para uma boa resistência a corrosão seja de
25% [3,19,22,26], e ainda foi verificado que no processo corrosivo dos aços duplex,
a fase austenita é preferencialmente corroída, devido ao menor teor de cromo do
que a fase ferrita [19,26].
2.6 DETERMINAÇÃO DE TAXAS DE CORROSÃO POR TÉCNICAS
ELETROQUÍMICAS
A taxa de corrosão ou de penetração pode ser obtida pela perda
dimensional da espessura do corpo de prova em função do tempo em que este
material está exposto a um determinado meio eletrolítico. A perda de massa é um
método aplicável aos corpos de prova ensaiados em meios corrosivos ou não.
Entretanto, muitas vezes estes ensaios são prolongados, necessitando de um
tempo longo de exposição do material no meio. A técnica eletroquímica apresenta
vantagens, pois a partir de polarizações anódicas e catódicas dos corpos de prova
na solução eletrolítica, é possível obter resultados das taxas de corrosão em
tempos bem mais curtos.
22
A taxa de reação para um processo de oxidação-redução, é função do
sobrepotencial, η. Para um processo controlado por transferência de carga, a
corrente de corrosão i é descrita pela equação de Butler-Volmer [
27]:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
=
η
α
η
α
RT
nF
RT
nF
ii
)1(
expexp
0
(2.6)
Onde :
- i
0
é a densidade de corrente de troca (as taxas das reações de oxidação e
redução são iguais, condição de equilíbrio);
- α é o coeficiente de transferência de carga ou fator de simetria;
- n é o número total de elétrons envolvidos no processo de oxidação-
redução.
Quando um eletrodo está em equilíbrio com a solução, a taxa da reação
catódica por unidade de área é igual a da reação anódica e não há transferência
de carga; o potencial do eletrodo estará então em equilíbrio e é dito estar
despolarizado:
0
iii
ca
=
=
(2.7)
e o sobrepotencial é dado por
eq
EE
−
=
η
(2.8)
Assim, o sobrepotencial (
η) é definido como a diferença entre o potencial
aplicado no eletrodo (E) e o seu valor de equilíbrio (E
eq
).
Para um processo catódico no qual o eletrodo é polarizado até um potencial
E
c
, teremos que:
(2.9)
ac
ii >
onde i
c
é a densidade de corrente catódica que resulta quando E
c
é mais negativo
que o potencial de equilíbrio E
eq
, e por definição:
23
eqcc
EE
−
=
η
(2.10)
E, desde que para uma reação catódica
eqc
EE
<
, então η
c
<0, isto é, é
sempre negativo.
Similarmente, para um processo anódico,
, então:
ca
ii >
eqaa
EE
−
=
η
(2.11)
Desde que E
a
> E
eq
, teremos que η
a
>0, isto é, sempre positivo.
Se a reação estiver ocorrendo a uma taxa finita, o potencial do eletrodo
será polarizado para potenciais E
p
(potencial polarizado) e desde que E
p
= η
c
+
E
eq
, a equação 2.6 para um processo catódico onde os potenciais aplicados são
negativos, o segundo termo pode ser desprezado e a equação torna-se:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
cc
RT
nF
ii
η
α
exp
0
(2.12)
Contudo, se
η é positivo, o primeiro termo diminui, enquanto que o segundo
termo aumenta, e para valores elevados de
η (η>>0) a equação pode ser
simplificada para:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
aa
RT
nF
ii
η
α
)1(
exp
0
(2.13)
Para sobrepotencias pequenos (
η→
0), a equação 2.6 pode ser simplificada
usando a identidade:
24
....
!2
1
2
+++=
x
xe
x
e
...
!2
1
2
−+−=
−
x
xe
x
e utilizando apenas os dois primeiros termos da identidade, teremos:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
RT
nF
RT
nF
ii
ηαηα
)1(
11
0
(2.14)
que reduz para:
RT
nFi
i
η
0
=
ou
0
nFi
RTi
=
η
(2.15)
mostrando que
η em função de i é linear com uma inclinação de
TC
R
nFi
RT
=
0
para valores de sobrepotencial próximos de zero. A equação 2.15 é aplicável tanto
para reações anódicas quanto para reações catódicas.
A inclinação da reta
0
nFi
RT
é denominada de resistência de transferência de
carga, R
TC
. Outros parâmetros importantes podem ser obtidos a partir das
equações 2.12 e 2.13. Assim, se desenvolvermos matematicamente a equação
2.12, referente a corrente catódica teremos:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
cc
RT
nF
ii
η
α
)(
exp
0
(2.12)
então :
coc
RT
nF
ii
η
α
−= lnln
(2.16)
25
ou
coc
RT
nF
ii
η
α
−= log3,2log3,2
(2.17)
dividindo a equação 2.17 por 2,3 teremos:
coc
RT
nF
ii
η
α
3,2
loglog
−=
(2.18)
Representando log i
c
em função de η
c
teremos uma inclinação da reta com
valor constante
RT
nF
3,2
α
−
, que é denominado de coeficiente de Tafel catódico (β
c
).
De forma análoga para os processos anódicos, obtemos a inclinação
RT
nF
3,2
)1(
α
−
, denominada coeficiente de Tafel anódico (β
a
).
É conhecido que existe uma relação linear entre potencial e a densidade de
corrente catódica e anódica aplicada, desde que os valores de potencial sejam
pequenos [27]. Contudo, o reconhecimento da importância deste comportamento é
devido a Stern et al [
28 ], que empregaram o termo polarização linear para
descrever a linearidade da curva
η-i na região do potencial de corrosão (E
corr
). A
inclinação desta reta,
∆E/∆i, é denominada de resistência a polarização, R
p
.
Stern-Geary [28], com base em análises detalhadas das curvas de
polarização das reações catódicas e anódicas envolvidas na corrosão metálica, e
assumindo que ambas reações são controladas pela transferência de carga e que
a queda ôhmica iR envolvida na determinação do potencial é desprezível, derivou
a seguinte expressão:
26
Ecorr
E
i
Rp
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∆
∆
=
1
corr
i
ca
ca
∗
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∗
+
∗=
ββ
ββ
3,2
(2.19)
ou seja:
()
cap
ca
corr
R
i
ββ
β
β
+××
×
=
3,2
(2.20)
onde R
p
é a resistência a polarização determinada para potenciais próximo ao
potencial de corrosão, e β
a
e β
c
são as constantes de Tafel. Esta equação mostra
que a taxa de corrosão é inversamente proprorcional a R
p
(ou diretamente
proporcional a inclinação recíproca da curva
∆E -∆i), e que a corrente de corrosão
pode ser determinada desde que as constantes de Tafel sejam conhecidas.
Stern e co-autores, selecionando valores arbitrários de constante de Tafel,
mostraram que as taxas de corrosão determinadas pelo método da resistência de
polarização foram idênticas com as taxas determinadas pelo método de perda de
massa.
Desta forma, as taxas de corrosão (cm/ano) das amostras ensaiadas neste
trabalho podem ser calculadas a partir da equação (ver Apêndice A):
FADensidade
tlentePesoEquivaI
CorrosãoTx
corr
××
××
=..
(2.21)
onde:
- I
corr
= Corrente de Corrosão ( A )
- Peso Equiv.
.
= Massa Atômica / n
o
elétrons transferidos
- t = tempo em segundos referente a um ano.
- d = Densidade do material (g/cm
3
)
- A = Área do eletrodo (cm
2
)
- F = Constante de Faraday (96487 C/mol)
28
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO ASTM
A 285 Grau C
As amostras de aço ASTM A 285 Grau C utilizadas no trabalho foram
fornecidas pela USIMINAS, todas as amostras sendo do mesmo lote de fabricação
e com espessura de 25,4 mm. Esta especificação ASTM compreende chapas de
aços médio carbono empregados em vasos de pressão soldados por fusão. As
Tabelas 3.2 e 3.3 apresentam suas propriedades mecânicas e a composição
química [
29].
Tabela 3.1 Propriedades mecânicas do aço ASTM A 285 Grau C.
Limite de resistência
(MPa)
Limite de escoamento
mín (MPa)
Alongamento (%)
380-515 205 27
Tabela 3.2 Composição química do aço ASTM A 285 Grau C.
Elemento
% (peso)
C máx Fe min Mn máx P máx S máx
Composição 0,28 98,75 0,9 0,035 0,035
29
3.2 SOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA
Soldas de múltiplos passes foram produzidas pelo processo de eletrodo
revestido. A execução do procedimento de soldagem foi realizada na Empresa
Iguaçu Celulose, por soldadores qualificados. Para cada tipo de eletrodo foram
confeccionados dois corpos de prova, um com valores de corrente mínimos e
outro com valores máximos das faixas recomendadas, com a finalidade de variar o
aporte térmico para cada corpo de prova. Os eletrodos utilizados não sofreram
nenhum tipo de ressecagem, sendo aplicados nas soldagens quando recém
tirados das embalagens. As composições químicas, propriedades e especificações
de trabalho dos eletrodos, emitidos pelo fabricante, são apresentadas na Tabela
3.3.
Tabela 3.3 Características dos eletrodos utilizados no processo de soldagem.
Eletrodo
Metal
depositado
(% em peso)
Resistência à
tração (MPa)
Tensão / tipo
de corrente
Diâmetro
(mm)
Faixa de
corrente
(A)
E 7018
C 0,07
Si 0,50
Mn 1,30
530 – 590
20 – 30 V
CA ≥ 70 V
CC+
2,5
3,25
65 – 105
110 – 150
E 6013
C 0,07
Si 0,20
Mn 0,35
480 – 520
18 – 28 V
CA ≥ 50 V
CC+ ou -
2,5
3,25
60 – 100
80 – 150
Os eletrodos utilizados foram AWS E 7018 e AWS E 6013, com diâmetro (
∅)
2,5 mm para a raiz e com
∅ 3,25 mm para o enchimento e acabamento. O
30
eletrodo AWS E7018 é comumente utilizado pela Iguaçu Celulose na manutenção
dos digestores. A escolha do eletrodo AWS E6013 teve como objetivo estudar a
resistência à corrosão dessa classe de eletrodos em licor alcalino, devido ao seu
menor teor de silício. Este eletrodo é de média penetração, requer ressecagem à
baixa temperatura, possui TiO
2
em seu revestimento, escória de fácil remoção,
baixo custo, indicado para passes de enchimento [30].
Os chanfros foram preparados pelo processo de esmerilhamento. As
chapas, com dimensões de 200 x 100 x 25,4 mm cada uma, foram submetidas à
soldagem sem nenhum tipo de restrição quanto à fixação e nenhum tratamento
térmico após a operação de soldagem foi realizado. A Figura 3.1 ilustra
esquematicamente o chanfro e o posicionamento das chapas para o aço ASTM A
285 Grau C.
Figura 3.1 Chanfro obtido e o posicionamento das chapas para o aço ASTM A 285
Grau C.
As Especificações dos Procedimentos de Soldagem (EPS) utilizadas estão
apresentadas nas Figuras 3.2 e 3.3.
31
ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM
Processo de Soldagem: SMAW (ELETRODO REVESTIDO) Tipo: MANUAL
METAIS DE BASE
Espec.: ASTM A 285 GRAU C
P N°:1
ESPESSURAS: 25,0 mm
DIÂMETROS: QUALQUER
OUTROS: N/A
ABRANGE JUNTA: GOIVAGEM NA RAIZ E
COM CONTRA SOLDA
METAIS DE ADIÇÃO
PASSE ESPEC (SFA)
CLASSE
(AWS)
N° F N° A DIÂMETRO
MARCA
COMERCIAL
RAIZ 5.1 E 7018 4 1 2,5 OK 48.04
ENCH. 5.1 E 7018 4 1 3,25 OK 48.04
ACAB. 5.1 E 7018 4 1 3,25 OK 48.04
POSIÇÃO DO CHANFRO: 1G
PRÉ / PÓS AQUECIMENTO
TEMP. PRÉ-AQUEC.: Ambiente (23°C) TEMP. INTERPASSES: MAXIMA 250°C
TEMP. PÓS-AQUEC.: N/A TÉCNICA: N/A
TRATAMENTO TÉRMICO PÓS SOLDAGEM
TAXA AQUEC.: N/A TEMPO T.T.: N/A
CONTROLE
ATÉ: N/A
TEMPERATURA T.T.: N/A TAXA RESF.: N/A OUTROS: N/A
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
PASSES
TIPO DE
CORRENTE
POLARIDADE TENSÃO (V)
INT.
CORRENTE
(A)
VELOCIDADE DE
SOLDAGEM (cm/min)
RAIZ CONTINUA DIRETA (+) 20 a 30 65-105 N/A
ENCH. CONTINUA DIRETA (+) 20 a 30 110-150 N/A
ACAB. CONTINUA DIRETA (+) 20 a 30 110-150 N/A
TÉCNICA DE SOLDAGEM
PASSES
TIPO DE
CORDÃO
OSCILAÇÃO
ELETRODO
MULTIP. OU
SIMPLES
VELOCIDADE TRABALHO (cm/min)
RAIZ RETILINEO NA Simples N/A
ENCH. OSCILANTE 3 X DIAM. Simples N/A
ACAB. OSCILANTE 3 X DIAM. Simples N/A
Aplicável a qualquer tipo de chanfro / junta em soldas de topo e de ângulo, na soldagem de fabricação,
reparos ou recomposição superficial
Figura 3.2 EPS utilizada na soldagem com o eletrodo AWS E 7018.
32
ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM
Processo de Soldagem: SMAW (ELETRODO REVESTIDO) Tipo: MANUAL
METAIS DE BASE
Espec.: ASTM A 285 GRAU C
P N°:1
ESPESSURAS: 25,0 mm
DIÂMETROS: QUALQUER
OUTROS: N/A
ABRANGE JUNTA: GOIVAGEM NA RAIZ E
COM CONTRA SOLDA
METAIS DE ADIÇÃO
PASSE ESPEC (SFA)
CLASSE
(AWS)
N° F N° A DIÂMETRO
MARCA
COMERCIAL
RAIZ 5.1 E 6013 4 1 2,5 OK 46.00
ENCH. 5.1 E 6013 4 1 3,25 OK 46.00
ACAB. 5.1 E 6013 4 1 3,25 OK 46.00
POSIÇÃO DO CHANFRO: 1G
PRÉ / PÓS AQUECIMENTO
TEMP. PRÉ-AQUEC.: Ambiente (23°C) TEMP. INTERPASSES: MAXIMA 250°C
TEMP. PÓS-AQUEC.: N/A TÉCNICA: N/A
TRATAMENTO TÉRMICO PÓS SOLDAGEM
TAXA AQUEC.: N/A TEMPO T.T.: N/A
CONTROLE
ATÉ: N/A
TEMPERATURA T.T.: N/A TAXA RESF.: N/A OUTROS: N/A
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
PASSES
TIPO DE
CORRENTE POLARIDADE TENSÃO (V)
INT.
CORRENTE
(A)
VELOCIDADE DE
SOLDAGEM (cm/min)
RAIZ CONTINUA DIRETA (+) 18 a 28 60-100 N/A
ENCH. CONTINUA DIRETA (+) 18 a 28 80-150 N/A
ACAB. CONTINUA DIRETA (+) 18 a 28 80-150 N/A
TÉCNICA DE SOLDAGEM
PASSES
TIPO DE
CORDÃO
OSCILAÇÃO
ELETRODO
MULTIP. OU
SIMPLES
VELOCIDADE TRABALHO (cm/min)
RAIZ RETILINEO NA Simples N/A
ENCH. OSCILANTE 3 X DIAM. Simples N/A
ACAB. OSCILANTE 3 X DIAM. Simples N/A
Aplicável a qualquer tipo de chanfro / junta em soldas de topo e de ângulo, na soldagem de fabricação,
reparos ou recomposição superficial
Figura 3.3 EPS utilizada na soldagem com o eletrodo AWS E 6013.
33
3.3 ENSAIO DE MICRODUREZA
Foram obtidas amostras em dimensões menores para fixação no
equipamento. As superfícies foram lixadas, limpas e atacadas quimicamente para
revelação macroestrutural das regiões. Foram executados ensaios de microdureza
no sentido transversal à direção de soldagem nos corpos de prova. O ensaio teve
início no metal de solda, caminhando em direção ao metal de base. O
espaçamento entre as medições foi de 1 mm a partir da linha de fusão. Os testes
foram realizados em um MicroDurômetro Shimadzu com uma carga de 2,942 N,
escala HV 0,3 com tempo de aplicação da carga de 15 segundos.
3.4 PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA PARA ENSAIO
ELETROQUÍMICO
Amostras cilíndricas para ensaios eletroquímicos foram retiradas dos
corpos de prova soldados utilizando um equipamento de eletroerosão por
penetração da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), campus de
Ponta Grossa. Este método minimiza o encruamento nas amostras, o que poderia
influenciar os resultados dos testes caso tivesse sido utilizado processos de corte
convencionais. Foram retiradas amostras das regiões do metal de solda (MS), da
zona termicamente afetada (ZTA) e do metal de base (MB) de cada corpo de
prova soldado. Estes corpos cilíndricos constituíram os eletrodos de trabalho (E.T).
A área da base destes cilindros foi de 0,192 cm
2
e a altura de aproximadamente
10 mm. Na área oposta à da base foi soldado um fio de cobre com solda à base
de estanho. Logo após, estes corpos cilíndricos foram embutidos em resina
acrílica autopolimerizável para facilitar o processo de polimento. O polimento da
superfície do eletrodo de trabalho foi feito em lixas de carbeto de silício a partir de
34
uma granulação mesh 320, passando por granulações sucessivas, até a
granulação fina mesh 1200.
3.5 TRATAMENTO TÉRMICO PARA ALÍVIO DE TENSÕES
Embora não fosse mandatório o tratamento térmico de alívio de tensões
para a espessura das chapas utilizadas, conforme código VIII da American Society
of Mechanical Engineers (ASME), Divisão 1, Parágrafo UCS-56 (Requirements for
Postweld Heat Treatment) [
31], realizaram-se tratamentos térmicos de um lote das
amostras a 650˚C por 25 min em vácuo, com taxa de aquecimento e de
resfriamento de aproximadamente 3 - 4˚C/min. A temperatura utilizada é a
recomendada pela ASME, para cada polegada (25,4 mm) de espessura, com um
tempo de permanência de uma hora. No entanto, devido às amostras serem
pequenas (cilíndricas, apenas 10 mm de comprimento), utilizou-se um tempo
proporcional de apenas 25 min.
3.6 PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DA TAXA DE CORROSÃO PELA
TÉCNICA ELETROQUÍMICA
Os ensaios de medição das taxas de corrosão foram realizados em um
Potenciostato PGSTAT 30 da Marca AUTOLAB. Para este ensaio, utilizou-se uma
célula eletroquímica composta de um eletrodo de referência (E.R) de calomelano
saturado (ECS), um contra eletrodo (C.E) de platina, um eletrodo de trabalho (E.T)
constituído pelo material a ser analisado e a solução de “licor branco”. As medidas
foram determinadas para temperaturas de 25
o
C, 35
o
C, 45
o
C, 55
o
C, 65
o
C e 75
o
C,
sendo utilizado uma célula com câmara para termostatização. As temperaturas
35
foram obtidas pela passagem de um fluxo de água pela célula, através de um
termostato da marca Brookfield, modelo TC-501. Antes de iniciar os testes para
obter os potenciais de corrosão (E
corr
), esperou-se o licor branco atingir a
temperatura desejada para o teste, mantendo a solução aerada naturalmente.
Após, imergiu-se o eletrodo de referência, o eletrodo de trabalho e o contra
eletrodo na solução do licor branco. Com todas as ligações elétricas conectadas, e
equilibrada a temperatura nos componentes da célula, iniciou-se a leitura e o
acompanhamento do potencial de corrosão com o tempo. Este período de
acompanhamento foi de 55 minutos [
32 ], ao fim do qual o valor obtido foi
considerado o valor do potencial de corrosão. Após a determinação do potencial
de corrosão (E
corr
), iniciou-se a micropolarização, partindo de 20 mV mais anódico
do potencial de corrosão no sentido catódico até 20 mV mais positivo que o
potencial de corrosão, a uma velocidade de varredura de 1 mV/s. Esse ensaio
permitiu determinar a resistência de polarização (Rp) para as amostras ensaiadas.
Após o ensaio de micropolarização, iniciou-se a macropolarização partindo
do potencial de 150 mV mais anódico que o potencial de corrosão em direção a
150 mV mais catódico que o E
corr
a uma velocidade de 1 mV/s. O resultado deste
ensaio permitiu determinar os valores das constantes de Tafel anódica (β
a
) e a
catódica (
β
c
).
As varreduras de potenciais foram realizadas três vezes para cada amostra
e em cada temperatura.
3.7 LICOR BRANCO
O licor branco de cozimento alcalino utilizado nos ensaios de corrosão foi
fornecido pela empresa Iguaçu Celulose. A amostra teve a seguinte composição
química [
33]:
36
Tabela 3.4 Composição química do licor empregado no ensaio.
Produtos Químicos Composição Concentração
Carbonato de sódio Na
2
CO
3
16,8 g/L
Álcali Total NaOH + Na
2
CO
3
+ Na
2
S + 1/2 Na
2
SO
3
138,4 g/L
Álcali Efetivo NaOH + 1/2 Na
2
S 106,4 g/L
Sulfidez 100 Na
2
S / NaOH + Na
2
S 25%
Efetuou-se a troca de licor da célula eletroquímica a cada aumento de
temperatura dos ensaios.
3.8 ANÁLISE MACRO E MICROESTRUTURAL
Para análise macroestrutural as amostras foram seccionadas em
dimensões menores para melhor manipulação conforme ilustra esquematicamente
a Figura 3.4.
Figura 3.4 Seccionamento do corpo de prova para exame metalográfico [17]
(adaptado).
37
A região da seção transversal ao cordão de solda das amostras foram
lixadas em granulações sucessivas, de 80, 100, 150, 320, 400 até 600 mesh,
polidas em alumina com granulometria de 1 e 0,3 µm e atacadas quimicamente
em solução composta de 85 mL de água, 15 mL de HNO
3
e 5 mL de metanol, para
revelação macroestrutural de soldas [17].
Para caracterização microestrutural as amostras cilíndricas retiradas por
eletroerosão foram desembutidas dos eletrodos de trabalho e embutidas
novamente a frio em resina poliéster, polidas sucessivamente em pasta de
alumina com granulometria de 1 e 0,3
µm. Após, as amostram sofreram ataque de
picral a 4% e nital a 2% e, na seqüência, foram fotografadas no microscópio marca
OLYMPUS modelo BX 51.
38
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 ANÁLISE MICROESTRUTURAL DAS REGIÕES DOS CORPOS DE PROVA
As Figuras 4.1 e 4.2 apresentam as microscopias do aço ASTM A 285 Grau
C (metal base), nas condições com e sem tratamento térmico, respectivamente.
As amostras de metal base foram retiradas do corpo de prova soldado com o
eletrodo E7018, de baixa energia, em região afastada do cordão de solda.
Figura 4.0.1 Microestrutura do metal base (aço ASTM A 285 Grau C), sem
tratamento térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a
2%.
Nas Figuras observam-se microestruturas clássicas de aço baixo carbono,
consistindo de 24,5% de perlita e 75,5% de ferrita para a amostra sem tratamento
térmico e 19,5% perlita e 80,5% de ferrita para a amostra tratada termicamente
para alívio de tensões. As frações volumétricas das fases foram determinadas
39
utilizando a sistemática de contagem manual de pontos com uma malha de 100
pontos [
34].
Figura 4.2 Microestrutura do metal base (aço ASTM A 285 Grau C), com
tratamento térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a
2%.
Na Figura 4.2 observam-se bandas de laminação, causadas pela variação
de manganês e silício na composição durante o processo de lingotamento. A baixa
temperatura de tratamento térmico aplicada (650˚C) e o baixo tempo de
permanência (25 min) não possibilitam reações de estado sólido, as diferenças
nas porcentagens de fases, bem como na aparência do metal, ocorrem devido a
variações locais na microestrutura e aos erros na contagem manual das fases.
As Figuras 4.3 e 4.4 apresentam as microestruturas das regiões da zona
termicamente afetada (ZTA) das amostras soldadas com o eletrodo E7018, com
alta e baixa energia, respectivamente, e tratadas termicamente.
40
Figura 4.3 Microestrutura da ZTA, eletrodo E7018 com alta energia, com
tratamento térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a
2%.
Figura 4.4 Microestrutura da ZTA, eletrodo E7018 com baixa energia, com
tratamento térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a
2%.
41
Nas Figuras 4.3 e 4.4 observam-se as regiões de grãos grosseiros e de
grãos finos, característicos de ZTA. A Figura 4.5 mostra a ZTA do mesmo eletrodo
(E7018), com baixa energia, sem tratamento térmico. Observa-se a semelhança
com a Figura 4.4, devido à baixa temperatura e ao curto tempo de tratamento
térmico empregados.
Figura 4.5 Microestrutura da ZTA, eletrodo E7018, com baixa energia, sem
tratamento térmico de alívio de tensões. Ataque picral a 4% e nital a
2%.
A Figura 4.6 mostra a microscopia eletrônica de varredura da região de
grãos finos da ZTA da Figura 4.5. Observa-se que a microestrutura consiste de
uma mistura de ferrita equiaxial e microconstituintes A-M (austenita-martensita).
42
Figura 4.6 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) da ZTA do eletrodo E7018,
com baixa energia, sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital
a 2%. Detalhamento da região de grãos finos.
Uma análise detalhada das regiões reaquecidas é muito complexa, devido
às variações microestruturais que ocorrem, dependentes do nível de revenido e
sobreposição dos filetes de solda adjacentes. Nestas regiões estão presentes
também microconstituintes muito finos, como bainita, austenita retida e martensita
[
35].
As Figuras 4.7 e 4.8 apresentam as regiões do metal de solda para o
eletrodo E7018, nas condições de alta e baixa energia de soldagem, sem
tratamento térmico (T.T). As micrografias exibem basicamente o mesmo tipo de
microestrutura, típicas de metais de solda de aços estruturais [
36]: colônias de
ferrita acicular (FA), rodeadas por ferritas alotriomórficas ou ferritas de contorno de
grão (FCG), com formações de Widmanstätten (FW).
44
Observa-se que quanto maior a energia de soldagem, maior é a fração de
ferrita de contorno de grão (ou ferrita proeutetóide) em relação a ferrita acicular,
44,5% ferrita proeutetóide para alta energia (Figura 4.7) e 28,5% ferrita
proeutetóide para baixa energia (Figura 4.8). Comportamento semelhante é
relatado por Her-Hsiung et al [
37].
A Figura 4.9 mostra a micrografia para o metal de solda E7018 com alta
energia, tratada termicamente, com aumento maior, observando-se as colônias de
ferrita acicular, em um arranjo entrelaçado, de ripas finas, orientadas
aleatoriamente. Observam-se também a presença de ferrita de contorno de grão e
ferrita Widmanstätten.
Figura 4.9 Microestrutura do metal de solda (MS), eletrodo E7018 com alta energia,
com tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
A Figura 4.10 apresenta em detalhe as colônias de ferrita acicular do MS
E7018 com alta energia, realizada por meio da microscopia eletrônica de
varredura. Observam-se as regiões de ferrita acicular (regiões escuras em
baixo relevo) e os microconstituintes A-M (austenita-martensita) (regiões claras em
alto relevo) na forma de ilhas.
45
Figura 4.10 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) do metal de solda (MS),
eletrodo E7018 com alta energia, sem tratamento térmico. Ataque
picral a 4% e nital a 2%. Detalhamento da ferrita acicular.
As Figuras 4.11 e 4.12 apresentam as micrografias das ZTA(s) das
soldagens com o eletrodo E6013 com baixa energia, sem tratamento térmico (T.T.)
e alta energia, com T.T.; respectivamente. Observam-se as regiões de transição
de grãos finos/grãos grosseiros, consistindo de áreas claras (ferrita) e
microconstituintes (áreas escuras) como perlita fina, bainita, martensita, austenita
retida, entre outros.
46
Figura 4.11 Microestrutura da zona termicamente afetada (ZTA), eletrodo E6013
com baixa energia, sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital
a 2%.
Figura 4.12 Microestrutura da zona termicamente afetada (ZTA), eletrodo E6013
com alta energia, com tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a
2%.
47
A Figura 4.13 apresenta em detalhes (MEV) a região da ZTA da Figura 4.12,
mostrando colônias de perlita fina, carbetos e inclusão.
Figura 4.13 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) da ZTA do eletrodo E6013,
com alta energia, com tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a
2%. Detalhamento da região de grãos finos.
As Figuras 4.14 e 4.15 apresentam as micrografias do metal de solda do
eletrodo E6013, com alta e baixa energia, sem T.T.; respectivamente. Nota-se a
formação de ferrita Widmanstätten a partir da ferrita de contorno de grão, e
também ferrita acicular grosseira. Em algumas regiões observam-se agregados de
carbetos/bainita na ferrita de contorno de grão. Para as diferentes condições de
energia, não houve mudanças significativas na microestrutura como para o
eletrodo E7018.
49
Comparando-se as micrografias dos metais de solda com os eletrodos
E7018 (Figuras 4.7, 4.8 e 4.9) e E6013 (Figuras 4.14 e 4.15), observa-se a
presença de microinclusões e/ou porosidade em maiores quantidades nos metais
com o eletrodo E6013, devido a este eletrodo possuir maiores teores de
hidrogênio dissolvido.
A Figura 4.16 apresenta a microscopia eletrônica de varredura da amostra
da Figura 4.15, onde se pode observar com maiores detalhes colônias de perlita,
carbetos e microinclusões. Observam-se melhor os defeitos nos grãos da ferrita.
Figura 4.16 Microscopia eletrônica de varredura do MS E6013 com baixa energia,
sem tratamento térmico. Ataque picral a 4% e nital a 2%.
O eletrodo E6013 apresenta menores teores de silício e manganês do que
o eletrodo E7018, e como verificado por Evans [
38, 39], a microestrutura dos
metais de solda E6013 consiste de menores quantidades de ferrita acicular
quando comparados com os metais de solda E7018.
50
4.2 ANÁLISE DA VARIAÇÃO DA MICRODUREZA DAS REGIÕES DA SOLDA
DOS CORPOS DE PROVA
A Tabela 4.1 apresenta os valores de dureza para as soldagens com o
eletrodo E7018 e E6013. Com os valores obtidos do ensaio, foram elaborados
gráficos da microdureza Vickers versus distância do centro do cordão de solda das
amostras soldadas com os eletrodos AWS E7018 e AWS E6013, com alta e baixa
energia (Figura 4.17 e 4.18). Desta forma, para todas as amostras, observa-se um
decréscimo da dureza em direção ao metal de base.
51
Tabela 4.1 Valores de dureza para os corpos de prova soldados com os eletrodos
E7018 e E6013, com alta e baixa energia, em função da distância ao
centro do cordão de solda.
Dureza Vickers (HV 0,3)
Distância
(mm)
Eletrodo
E7018 com
alta energia
Eletrodo
E7018 com
baixa energia
Eletrodo
E6013 com
alta energia
Eletrodo
E6013 com
baixa energia
0 184 184 169 201
1 189 212 183 208
2 171 200 158 201
3 181 201 160 202
4 185 190 170 195
5 186 205 176 210
6 184 197 165 207
7 195 216 176 223
8 186 207 164 233
9 197 184 150 198
10 193 154 158 216
11 190 182 160 210
12 168 171 157 196
13 168 187 152 187
14 166 179 173 183
15 156 169 171 174
16 165 175 161 171
17 161 178 158 166
18 147 174 153 165
19 156 182 152 -
Média 176,4 187,35 163,3 197,16
52
As soldagens com o eletrodo E7018 apresentaram valores de dureza
maiores do que a com o eletrodo E6013 alta energia, com média de 176,4 HV (alta
energia) e 187,35 HV (baixa energia), devido ao maior teor de manganês (1,3 %) e
silício (0,5%) do que o eletrodo E6013, com 0,35% Mn e 0,2% Si, que apresentam
média de 163,3 HV. O manganês aumenta a temperabilidade do sistema,
favorecendo a formação de microconstituintes mais duros (martensita, bainita), e
resultando em soldas com melhores propriedades mecânicas do que o eletrodo
E6013. Observa-se nas Figuras 4.17 e 4.18 que as soldagens realizadas com
maiores energias apresentam perfis de dureza com valores menores do que para
as soldagens com baixa energia. Esta diferença está possivelmente associada
com o fato de que, para soldagens com baixas energias, a velocidade de
resfriamento é maior, e deve ocorrer maior formação de microconstituintes duros,
portanto, para a soldagem com baixa energia, os valores médios de dureza são
maiores.
Para as soldagens com maiores aportes térmicos, a velocidade de
resfriamento é menor, portanto são esperadas zonas termicamente afetadas de
maiores extensões [
40]. Como pode ser visualizado nas Figuras 4.17 e 4.18 para
ambos os eletrodos, as soldagens com alta energia apresentaram maiores ZTA(s),
fato verificado por meio do ataque químico realizado nas amostras previamente às
medições de midrodureza, sendo desta forma possível visualizar as
microestruturas sendo penetradas.
Examinando as Figuras 4.17 e 4.18 observa-se também que o eletrodo
E6013 apresenta uma extensão da ZTA maior do que o eletrodo E7018. Este fato
está relacionado com a característica da escória formada na soldagem, os
eletrodos rutílicos (E6013) apresentam escória mais espessa e compacta do que
os eletrodos básicos (E7018), o que possibilita menores velocidades de
resfriamento e, portanto, maiores ZTA(s).
53
0 5 10 15 20
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
distância do centro do cordão de solda (mm)
Microdureza (HV 0,3)
E 7018
alta Energia
baixa Energia
metal base
ZTA
Figura 4.17 Variação da microdureza Vickers versus distância do cordão de solda.
Amostras soldadas com o eletrodo E7018, com alta e baixa energia de
soldagem.
Para as amostras soldadas com o eletrodo E7018, a diferença nos perfis de
dureza entre alta e baixa energia pode estar relacionada com as quantidades de
ferrita proeutetóide, em maiores porcentagens para as soldagens com maior
aporte térmico. A ferrita, por ser uma fase dúctil e mole, diminuiu os valores
médios de dureza para a amostra soldada com alta energia.
54
0 5 10 15 20
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
metal base
ZTA
Microdureza (HV 0,3)
distância do centro do cordão de solda (mm)
E 6013
alta Energia
baixa Energia
Figura 4.18 Variação da microdureza Vickers versus distância do cordão de solda.
Amostras soldadas com o eletrodo E6013, com alta e baixa energia de
soldagem.
Para a amostra soldada com o eletrodo E6013, com baixa energia, o corpo
de prova apresentou distorção angular (empenamento) devido às contrações
térmicas e retração de solidificação. Este defeito pode ocorrer em soldas devido à
solda ser mais larga no topo do que na raiz, causando mais retração e contração
no topo da peça sendo soldada. Portanto, este corpo de prova apresentou maior
nível de tensões residuais, e como verificado, o perfil de dureza, com valores mais
altos. A média dos valores de dureza da soldagem com este eletrodo (E6013),
com baixa energia, foi a maior entre todos os corpos de prova, 197,16 HV.
55
4.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO DOS ENSAIOS ELETROQUÍMICOS PARA
DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CORROSÃO
4.3.1 MEDIDA DOS POTENCIAIS DE CORROSÃO (E
CORR
)
Esta etapa tem como objetivo estudar o comportamento do potencial de
repouso (E
rep
) ou potencial de corrosão (E
corr
) do aço ASTM A 285 Grau C em
meio de licor alcalino, em temperaturas de 25˚C, 35˚C, 45˚C, 55˚C, 65˚C e 75˚C,
aeradas naturalmente e para diferentes regiões do material soldado: metal de
base (MB) (aço A 285 C), zona termicamente afetada (ZTA) e metal de solda (MS)
para os eletrodos AWS E 6013 e AWS E 7018, soldados sob condições de alta e
baixa energia, com e sem tratamento térmico (T.T.) de alívio de tensões.
Inicialmente, cada eletrodo foi polido em lixa de carbeto de silício número
600 e imerso em uma célula eletroquímica contendo a solução básica do licor. O
potencial de corrosão (E
corr
) versus calomelano saturado foi definido após um
intervalo de 55 minutos, como recomendado pela norma ASTM G 59 [32], mesmo
que o eletrodo não tenha atingido o equilíbrio.
Para minimizar o efeito da temperatura ao potencial de referência utilizou-
se um capilar Luggin-Haber que aproximou o eletrodo de referência aos eletrodos
de trabalho, porém mantendo o par redox do referência a 9 cm da superfície do
licor aquecido. Desta forma, o acréscimo na temperatura do licor não foi
efetivamente transferida ao eletrodo de referência, a ponto de afetar a saturação
de KCl, portanto, não contribuiu em deslocamentos expressivos dos potenciais do
ECS para as temperaturas ensaiadas.
As Figuras 4.19 e 4.20 mostram o potencial de corrosão para o aço ASTM
A 285 Grau C, sem e com tratamento térmico, respectivamente.
56
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
potencial (V) vs ECS
tempo (s)
25
0
C
35
0
C
45
0
C
55
0
C
65
0
C
75
0
C
metal base - sem T.T.
Figura 4.19 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, para o
aço ASTM A 285 Grau C, sem tratamento térmico, até aos 55 minutos
de contato na solução aerada do licor.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
metal base - com T.T.
Figura 4.20 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, para
o aço ASTM A 285 Grau C, com tratamento térmico, até aos 55
minutos de contato na solução aerada do licor.
57
Observa-se na Figura 4.19, que os potenciais iniciais deslocam-se para
valores catódicos a partir de aproximadamente -0,500V para todas as
temperaturas ensaiadas. A partir de 2400 segundos (40 minutos), os potenciais de
corrosão apresentam um comportamento estável para cada temperatura,
compreendidos entre -0,680V a – 0,780V, exceto para 75˚C, onde E
corr
encontra-
se próximo de -0,800V.
Um comportamento semelhante é observado na Figura 4.20, para o metal
base com tratamento térmico, ficando o E
corr
entre -0,680V a -0,750V, porém as
curvas de potencial em função do tempo encontram-se menos dispersas e
atingindo os potenciais de repouso em torno de 1800 segundos (30 minutos).
As Figuras 4.21 e 4.22 mostram o comportamento do E
corr
para a ZTA dos
eletrodos AWS E 7018, tratados termicamente, de alta e baixa energia de
soldagem, respectivamente.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
ZTA 7018 alta E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.21 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo AWS E 7018, de alta energia, com
tratamento térmico, até aos 55 minutos de contato na solução aerada
do licor.
58
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
ZTA 7018 baixa E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.22 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo AWS E 7018, de baixa energia, com
tratamento térmico, até aos 55 minutos de contato na solução aerada
do licor.
Observa-se na Figura 4.21 que os potenciais de corrosão deslocam-se para
valores catódicos, próximos de -0,640V a -0,740V. A estabilização dos E
corr
foram
atingidas a partir de 1800 segundos (30 minutos) para a maioria das temperaturas
ensaiadas. Por outro lado, o comportamento das ZTA(s) para baixa energia
( Figura 4.22) apresentaram menor dispersão nas curvas de potencial em função
do tempo, atingindo E
corr
entre -0,700V a –0,750V, com estabilização próxima dos
tempos verificados para as ZTA(s) de alta energia, exceto para a temperatura de
45˚C que estabilizou a partir de 780 segundos em um potencial de repouso mais
catódico (-0,750V) que as demais temperaturas.
As Figuras 4.23 e 4.24 mostram o comportamento do E
corr
para o metal de
solda do eletrodo AWS E 7018, tratados termicamente, a alta e baixa energia de
soldagem, respectivamente.
59
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
metal de solda 7018 alta E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.23 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 7018, de alta energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato na solução aerada do licor.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
metal de solda 7018 baixa E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.24 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 7018, de baixa energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato na solução aerada do licor.
60
A Figura 4.23 mostra os deslocamentos dos potenciais de repouso para
valores catódicos, permanecendo entre -0,620V a -0,700V, para as seis
temperaturas ensaiadas. Os potenciais atingiram a estabilização em
aproximadamente 2400 segundos (40 minutos); destacando-se os potenciais de
corrosão mais anódicos para as temperaturas de 45˚ e 55˚C. Comportamento
semelhante é observado na Figura 4.24, para MS de baixa energia; sendo
constatado que os E
corr
atingem valores praticamente constantes a partir de 1500
segundos (25 minutos) e acentuando ainda mais o caráter anódico adquirido pelo
material de solda nas temperaturas entre 45˚ a 55˚C. Esta diferença encontra-se
na ordem de 90mV em média, mais anódico que as demais temperaturas.
O comportamento dos potenciais de corrosão apresentados nas Figuras
4.19, 4.20, 4.21, 4.22, 4.23 e 4.24 mostram que as curvas dos materiais de base,
ZTA(s) e metais de solda E 7018, com tratamento térmico, para alta e baixa
energia, deslocam-se, todos, para valores catódicos. Isto ocorre devido a
formação de um filme passivante sobre a superfície recém polida nesta solução de
pH elevado, que depende da energia de soldagem, da temperatura e do tempo de
exposição do material na solução. O filme atinge uma espessura e uma
estabilidade química de maneira a tornar os potenciais de corrosão mais catódicos
que os potenciais iniciais de imersão, proporcionando maior proteção para a
superfície das três regiões metálicas.
Observa-se nas Figuras 4.21, 4.23 e 4.24 que os potenciais de corrosão da
ZTA de alta energia, e MS de alta e baixa energia apresentam a 45˚ e 55˚C os
E
corr
mais anódicos em relação às demais temperaturas. Este fato, possivelmente,
está relacionado com mudanças físico-químicas com o filme passivante para este
intervalo de temperatura. Tais mudanças foram observadas para o aço ASTM 516
Grau 60 e A 285 Grau C por Regis [6], onde observou-se um aumento acentuado
nas taxas de corrosão a partir de 45˚C, indicando uma transformação do filme. É
conhecido que a natureza dos filmes passivantes é influenciada pela temperatura
e pelos outros materiais utilizados como digestores para a obtenção de celulose
pelo processo Kraft [19]. Para temperaturas superiores a 55˚C, os potenciais
61
deslocam-se de 80 a 90 mV para valores anódicos, apesar das taxas de corrosão
terem aumentado para temperaturas acima de 55˚C, como observado por Regis
[6], mas este fato está, provavelmente, relacionado com o aumento da cinética de
dissolução das regiões anódicas.
As Figuras 4.25, 4.26, 4.27, e 4.28 mostram o comportamento dos
potenciais de corrosão para o eletrodo AWS E 6013, tratados termicamente, com
alta e baixa energia de soldagem e para as regiões da ZTA e do MS,
respectivamente.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
ZTA 6013 alta E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.25 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo E 6013, de alta energia, com tratamento
térmico, até aos 55 minutos de contato na solução aerada do licor.
62
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
ZTA 6013 baixa E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.26 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, da
ZTA da solda com eletrodo E 6013, de baixa energia, com tratamento
térmico, até aos 55 minutos de contato na solução aerada do licor.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
metal de solda 6013 alta E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.27 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 6013, de alta energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato na solução aerada do licor.
63
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
metal de solda 6013 baixa E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
tempo (s)
potencial (V) vs ECS
Figura 4.28 Comportamento do E
corr
versus ECS, a diferentes temperaturas, MS
do eletrodo E 6013, de baixa energia, com tratamento térmico, até aos
55 minutos de contato na solução aerada do licor.
Observa-se nas Figuras 4.25 e 4.26 que os potenciais de repouso para as
diferentes temperaturas encontram-se entre -0,608V a -0,700V para a ZTA de alta
energia e entre -0,640V a -0,770V para a ZTA de baixa energia, indicando que
para a soldagem de baixa energia, os potenciais de corrosão são mais catódicos.
Este fato também foi observado para a ZTA do eletrodo E 7018, porém menos
evidente que a ZTA do eletrodo E 6013. Observam-se que os valores do E
corr
das
ZTA(s) a 45˚C são mais anódicos que os potenciais para as demais temperaturas.
De forma semelhante é observado para o metal de solda (Figura 4.28), indicando
alguma transformação do filme passivante na região de 45˚ a 55˚C para as regiões
da ZTA e MS com alta e baixa energia de soldagem.
Para todos os casos apresentados anteriormente, observa-se que após o
polimento da superfície dos eletrodos, e imersão dos mesmos na solução alcalina,
os potenciais deslocaram-se para valores catódicos em relação ao eletrodo de
referência de calomelano saturado.
64
4.3.2 MEDIDAS DE MICROPOLARIZAÇÕES ANÓDICAS E CATÓDICAS NOS
ELETRODOS MB, ZTA E MS
As micropolarizações próximas aos potenciais de corrosão, sobre os
eletrodos MB, ZTA e MS, com e sem tratamento térmico e para diferentes
temperaturas, foram realizadas após os eletrodos terem atingido os seus
respectivos potenciais de corrosão (55 minutos). As micropolarizações partiram de
-20 mV em relação ao E
corr
, em direção a +20 mV, com uma velocidade de 1 mV/s.
A inclinação (∆E/∆i)
η→0
permitiu determinar a resistência de polarização R
p
para
cada eletrodo ensaiado.
Os resultados dos valores das resistências de polarização (R
p
) para as
respectivas regiões dos materiais, para as diferentes temperaturas e tratamento
térmico são apresentadas nas Tabelas 4.2 e 4.3.
65
Tabela 4.2 Valores das resistências de polarizações e potenciais de corrosão (E
corr
)
dos eletrodos extraídos das regiões MB, ZTA e MS a diferentes
temperaturas, com tratamento térmico, após 55 minutos em contato
com o licor aerado.
Temperatura (˚C) Região E
corr
(Volts) R
p
media (KΩ) ± R
p
(KΩ)
Metal base -0,699 19,59 1,39
ZTA 7018 alta E -0,721 14,20 0,97
ZTA 7018 baixa E -0,711 12,75 0,75
Metal solda 7018 altaE -0,698 14,42 0,94
Metal solda 7018 baixa E -0,700 51,16 1,78
ZTA 6013 alta E -0,674 27,65 0,97
ZTA 6013 baixa E -0,704 36,39 1,54
Metal solda 6013 altaE -0,698 13,24 0,80
25
Metal solda 6013 baixa E -0,717 28,97 535
Metal base -0,724 9,07 0,26
ZTA 7018 alta E -0,738 11,39 0,54
ZTA 7018 baixa E -0,741 4,83 0,43
Metal solda 7018 altaE -0,700 16,03 0,29
Metal solda 7018 baixa E -0,708 44,41 1,95
ZTA 6013 alta E -0,690 12,54 0,62
ZTA 6013 baixa E -0,705 43,50 0,74
Metal solda 6013 altaE -0,709 11,29 0,17
35
Metal solda 6013 baixa E -0,700 31,65 0,17
Metal base -0,752 3,14 0,24
ZTA 7018 alta E -0,646 21,60 1,40
ZTA 7018 baixa E -0,752 2,12 0,01
Metal solda 7018 altaE -0,676 7,04 0,40
Metal solda 7018 baixa E -0,614 34,86 1,28
ZTA 6013 alta E -0,608 10,69 1,66
ZTA 6013 baixa E -0,638 16,83 1,60
Metal solda 6013 altaE -0,689 4,93 0,22
45
Metal solda 6013 baixa E -0,622 47,06 2,80
Metal base -0,701 5,13 0,12
ZTA 7018 alta E -0,658 20,81 0,49
ZTA 7018 baixa E -0,708 3,88 0,30
Metal solda 7018 altaE -0,633 8,71 0,35
Metal solda 7018 baixa E 0,640 9,82 0,42
ZTA 6013 alta E -0,657 4,95 0,24
ZTA 6013 baixa E -0,767 3,25 0,18
Metal solda 6013 altaE -0,726 3,18 0,19
55
Metal solda 6013 baixa E -0,639 12,78 0,51
Metal base -0,736 5,19 0,10
ZTA 7018 alta E -0,702 18,16 0,43
ZTA 7018 baixa E -0,733 3,48 0,07
Metal solda 7018 altaE -0,686 6,33 0,13
Metal solda 7018 baixa E -0,715 4,82 0,04
ZTA 6013 alta E -0,701 5,06 0,14
ZTA 6013 baixa E -0,728 8,91 0,61
Metal solda 6013 altaE -0,743 4,97 0,17
65
Metal solda 6013 baixa E -0,623 29,77 4,25
Metal base -0,721 7,46 0,09
ZTA 7018 alta E -0,712 11,67 0,20
ZTA 7018 baixa E -0,714 4,61 0,05
Metal solda 7018 altaE -0,710 4,55 0,28
Metal solda 7018 baixa E -0,708 3,95 0,11
ZTA 6013 alta E -0,675 6,44 0,52
ZTA 6013 baixa E -0,724 9,78 2,95
Metal solda 6013 altaE -0,722 6,15 1,02
75
Metal solda 6013 baixa E -0,706 14,77 0,81
66
Tabela 4.3 Valores das resistências de polarizações e potenciais de corrosão (E
corr
)
dos eletrodos extraídos das regiões MB, ZTA e MS a diferentes
temperaturas, sem tratamento térmico, após 55 minutos em contato
com o licor aerado.
Temperatura (˚C) Região E
corr
(Volts) R
p
média (KΩ) ± R
p
(KΩ)
Metal base -0,750 18,01 0,99
ZTA 7018 alta E -0,736 65,27 8,54
ZTA 7018 baixa E -0,676 37,17 5,11
Metal solda 7018 altaE -0,709 11,05 0,16
Metal solda 7018 baixa E -0,726 29,92 3,59
ZTA 6013 alta E -0,846 3,10 0,27
ZTA 6013 baixa E -0,665 54,18 4,34
Metal solda 6013 altaE -0,868 0,23 0,02
25
Metal solda 6013 baixa E -0,685 69,99 1,30
Metal base -0,717 21,58 0,40
ZTA 7018 alta E -0,748 16,88 1,52
ZTA 7018 baixa E -0,690 18,49 0,08
Metal solda 7018 altaE -0,717 6,32 0,22
Metal solda 7018 baixa E -0,743 16,69 0,16
ZTA 6013 alta E -0,752 4,62 0,37
ZTA 6013 baixa E -0,671 40,37 1,18
Metal solda 6013 altaE -0,742 5,23 0,19
35
Metal solda 6013 baixa E -0,639 51,92 1,92
Metal base -0,763 17,47 1,27
ZTA 7018 alta E -0,782 13,74 0,22
ZTA 7018 baixa E -0,738 11,29 0,43
Metal solda 7018 altaE -0,737 3,51 0,31
Metal solda 7018 baixa E -0,772 14,60 0,88
ZTA 6013 alta E -0,750 4,78 0,07
ZTA 6013 baixa E -0,737 25,94 1,25
Metal solda 6013 altaE -0,747 4,90 0,46
45
Metal solda 6013 baixa E -0,746 2,88 0,25
Metal base -0,753 13,23 0,21
ZTA 7018 alta E -0,753 11,46 0,68
ZTA 7018 baixa E -0,734 9,34 3,42
Metal solda 7018 altaE -0,727 2,38 0,33
Metal solda 7018 baixa E -0,758 14,18 0,24
ZTA 6013 alta E -0,709 5,01 0,12
ZTA 6013 baixa E -0,686 23,04 1,58
Metal solda 6013 altaE -0,721 3,42 0,24
55
Metal solda 6013 baixa E -0,679 12,90 0,16
Metal base -0,770 10,31 0,15
ZTA 7018 alta E -0,772 7,58 0,37
ZTA 7018 baixa E -0,776 5,11 0,36
Metal solda 7018 altaE -0,731 2,11 0,10
Metal solda 7018 baixa E -0,783 11,58 0,22
ZTA 6013 alta E -0,773 3,99 0,10
ZTA 6013 baixa E -0,731 16,39 0,75
Metal solda 6013 altaE -0,747 2,32 0,18
65
Metal solda 6013 baixa E -0,738 5,66 0,14
Metal base -0,796 5,17 0,13
ZTA 7018 alta E -0,812 2,95 0,14
ZTA 7018 baixa E -0,785 3,08 0,61
Metal solda 7018 altaE -0,752 1,01 0,04
Metal solda 7018 baixa E -0,746 2,20 0,34
ZTA 6013 alta E -0,768 2,39 0,69
ZTA 6013 baixa E -0,680 7,04 2,02
Metal solda 6013 altaE -0,746 1,56 0,19
75
Metal solda 6013 baixa E -0,745 3,16 0,09
67
Observam-se nas Tabelas 4.2 e 4.3 que as resistências de polarização (R
p
)
apresentaram-se com valores altos, na ordem de KΩ, devido a presença de um
filme passivante entre o metal e a interface da solução do licor. Os seus valores
variam desde 2,12 KΩ (ZTA 7018 baixa energia, 45˚C e com T.T.) até 51,16 KΩ
(MS 7018 baixa energia, 25˚C e com T.T.). De uma forma geral, observa-se que a
R
p
diminui com o aumento da temperatura. Isto pode ser observado para o metal
de solda (MS 7018 baixa energia, com T.T.) que a 25˚C apresentou 51,16 KΩ,
passando para 44,41 KΩ, 34,86 KΩ, 9,82 KΩ, 4,82 KΩ e 3,95 KΩ para as
temperaturas de 35˚C, 45˚C, 55˚C, 65˚C e 75˚C respectivamente. Comportamento
semelhante foi observado para o mesmo material sem tratamento térmico.
A diminuição da R
p
com o acréscimo da temperatura está associada ao
aumento da difusividade das espécies iônicas pelo filme ou a alguma
transformação físico-química da natureza do filme formado sobre o substrato
metálico.
As Tabelas 4.4 e 4.5 mostram os valores das R
p
(s) do metal de base (MB)
e das ZTA(s) dos eletrodos E7018 e E6013, e as R
p
(s) dos metais de solda do
E7018 e E6013, respectivamente. Estes valores foram retirados das Tabelas 4.2 e
4.3.
68
Tabela 4.4 Resistência de polarização do MB e das ZTA(s) dos eletrodos E7018 e
E6013, sem e com tratamento térmico, de alta e baixa energia de
soldagem em função da temperatura do licor aerado.
R
p
metal base
(KOhm)
R
p
da ZTA do E7018
(KOhm)
R
p
da ZTA do E6013
(KOhm)
sem T.T. com T.T. sem T.T. com T.T.
Temperatura
(˚C)
sem
T.T.
com
T.T.
alta
E
baixa
E
alta
E
baixa
E
alta
E
baixa
E
alta
E
baixa
E
25 18,01 19,59 65,27 37,17 14,2 12,75 3,1 54,18 27,65 36,39
35 21,58 9,07 16,88 18,49 11,39 4,83 4,62 40,37 12,54 43,5
45 17,47 3,14 13,74 11,29 21,6 2,12 4,78 25,94 10,69 16,83
55 13,23 5,13 11,46 9,34 20,81 3,88 5,01 23,04 4,95 3,25
65 10,31 5,19 7,58 5,11 18,16 3,48 3,99 16,39 5,06 8,91
75 5,17 7,46 2,95 3,08 11,67 4,61 2,39 7,04 6,44 9,78
Tabela 4.5 Resistência de polarização do metal de solda (MS) dos eletrodos
E7018 e E6013, sem e com tratamento térmico, de alta e baixa
energia de soldagem, em função da temperatura do licor aerado.
R
p
do MS E7018 (KOhm) R
p
do MS E6013 (KOhm)
sem T.T. com T.T. sem T.T. com T.T.
Temperatura
(˚C)
alta E baixa E alta E baixa E alta E baixa E alta E baixa E
25 11,05 29,92 14,42 51,16 0,23 69,99 13,24 28,97
35 6,32 16,69 16,03 44,41 5,23 51,92 11,29 31,65
45 3,51 14,6 7,04 34,86 4,9 2,88 4,93 47,06
55 2,38 14,18 8,71 9,82 3,42 12,9 3,18 12,78
65 2,11 11,58 6,33 4,82 2,32 5,66 4,97 29,77
75 1,01 2,2 4,55 3,95 1,56 3,16 6,15 14,77
A Figura 4.29 mostra o comportamento da R
p
do metal de base em função
da temperatura da solução alcalina.
69
20 30 40 50 60 70 80
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Rp (Kohm)
Temperatura (
o
C)
Metal Base - Aço ASTM A 285 Grau C
semTT
comTT
Figura 4.29 R
p
em função da temperatura para o aço ASTM A 285 Grau C, com e
sem tratamento térmico, no licor aerado naturalmente.
Observa-se na Figura 4.29, que as R
p
(s) dos filmes passivantes formados
sobre a superfície do aço ASTM A 285 Grau C apresentam maiores valores para o
material sem tratamento térmico e diminuindo o seu valor com o acréscimo da
temperatura. Para MB submetido a tratamento térmico, observa-se que a R
p
atinge valores mínimos próximos de 45˚C (3,14 KΩ), com uma tendência de
acréscimo pouco acentuada no valor de R
p
para temperaturas acima de 65˚C.
Este fato indica uma transformação no filme passivante para o intervalo de
temperatura de 45˚C a 60˚C, o que mereceria um estudo eletroquímico mais
aprofundado sobre o fenômeno.
As Figuras 4.30 e 4.31 mostram, respectivamente, o comportamento da R
p
das ZTA(s) dos eletrodos E7018 e E6013 em função da temperatura para as duas
condições energéticas.
70
20 30 40 50 60 70 80
0
10
20
30
40
50
60
70
Rp (Kohm)
Temperatura (
o
C)
ZTA E 7018
altaE - sem T.T.
baixaE - sem T.T.
altaE - com T.T.
baixaE - com T.T.
Figura 4.30 R
p
versus temperatura para a ZTA do eletrodo E7018, com e sem
tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
20 30 40 50 60 70 80
0
10
20
30
40
50
60
70
Rp (Kohm)
Temperatura (
o
C)
ZTA E 6013
altaE - sem T.T.
baixaE - sem T.T.
altaE - com T.T.
baixaE - com T.T.
Figura 4.31 R
p
versus temperatura para a ZTA do eletrodo E6013, com e sem
tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
71
A Figura 4.30 mostra que as resistências de polarização dos filmes
passivados formados nas ZTA(s) do eletrodo E7018 apresentam maiores valores
com alta energia de soldagem do que com baixa energia, tanto para as amostras
sem tratamento térmico, quanto para as com tratamento. Comportamento
contrário pode ser observado na Figura 4.31, para o eletrodo E6013, onde as R
p
(s)
dos filmes formados com baixa energia são superiores do que com alta.
Considerando que, quanto menor R
p
, maiores serão as correntes anódicas
e catódicas em torno do E
corr
, quando o mesmo for submetido a pequenas
polarizações, maiores serão as taxas de corrosão nas ZTA(s) do eletrodo E6013
de alta energia que nas de baixa energia, com e sem tratamento térmico.
Fenômeno contrário deverá estar ocorrendo em relação as ZTA(s) do eletrodo
E7018, como veremos adiante.
As Figuras 4.32 e 4.33 mostram, respectivamente, o comportamento da R
p
dos MS(s) do eletrodo E7018 e E6013 em função da temperatura, soldados sob
condições de alta e baixa energia.
72
20 30 40 50 60 70 80
0
10
20
30
40
50
60
70
Rp (Kohm)
Temperatura (
o
C)
MS E 7018
altaE - sem T.T.
baixaE - sem T.T.
altaE - com T.T.
baixaE - com T.T.
Figura 4.32 R
p
versus temperatura para o MS do eletrodo E7018, com tratamento
e sem tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
20 30 40 50 60 70 80
0
10
20
30
40
50
60
70
Rp (Kohm)
Temperatura (
o
C)
MS E 6013
altaE - sem T.T.
baixaE - sem T.T.
altaE - com T.T.
baixaE - com T.T.
Figura 4.33 R
p
versus temperatura para o MS do eletrodo E6013, com tratamento
e sem tratamento térmico, de baixa e alta energia, no licor aerado.
73
Para os metais de solda (MS) dos eletrodos E7018 e 6013, observam-se
que as R
p
(s) das soldagens de baixa energia, com ou sem tratamento térmico,
apresentaram valores maiores que as dos filmes formados sobre o MS de alta
energia. Observa-se os valores de R
p
diminuírem acentuadamente a partir de
55˚C para E7018 de baixa energia. Este fato pode ser também observado para
MS do E6013, sem tratamento térmico, para baixa energia; enquanto que para alta
energia, com e sem tratamento térmico, os valores estão próximos de 5 KΩ a
partir de 45˚C.
4.3.3 MEDIDAS DE MACROPOLARIZAÇÕES ANÓDICAS E CATÓDICAS NOS
ELETRODOS MB, ZTA E MS
Após cada ensaio de micropolarização, os eletrodos das regiões MB, ZTA e
MS foram mantidos na solução do licor e iniciado o procedimento de
macropolarização. Partindo-se de um sobrepotencial de -150 mV, mais anódico
que o potencial de corrosão (E
corr
), iniciou-se uma varredura de potencial a 1 mV/s
em direção a +150 mV mais catódico que E
corr
.
As Figuras 4.34 e 4.35 mostram as curvas de polarização do metal de base
(MB), a diferentes temperaturas, com e sem tratamento térmico, respectivamente.
74
1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
-0.50
log i (A)
potencial (V)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
metal base - com T.T.
Figura 4.34 Curvas de polarização do aço ASTM A 285 Grau C (MB), em
diferentes temperaturas, com tratamento térmico e em contato com a
solução de licor aerada naturalmente.
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
potencial (V)
log i (A)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
metal base - sem T.T.
Figura 4.35 Curvas de polarização do aço ASTM A 285 Grau C (MB), em
diferentes temperaturas, sem tratamento térmico e em contato com a
solução de licor aerada naturalmente.
75
A Figura 4.34 apresenta um conjunto de curvas de polarização do eletrodo
de trabalho do aço ASTM A 285 Grau C, com tratamento térmico, a diferentes
temperaturas. As varreduras foram efetuadas a partir do potencial próximo de -
0,55 V versus ECS, passando pelos potenciais de corrosão (pontos de inflexões,
onde i→0 e η→0) e prosseguindo a varredura de potenciais na direção catódica
até aproximadamente -0,95 V. Observa-se que para potenciais mais anódicos que
E
corr
, as inclinações das curvas de Tafel apresentam-se lineares e agrupadas em
dois conjuntos. No primeiro, as curvas a 25˚C, 35˚C e 55˚C apresentam correntes
anódicas de aproximadamente 2,66 µA (13,85 µA/cm
2
), no potencial de -0,650V
contra uma corrente de 7,31 µA (38,07 µA/cm
2
) para o segundo conjunto, nas
temperaturas de 45˚C, 65˚C e 75˚C, no mesmo potencial.
Com exceção da curva de polarização realizada a 55˚C, na qual apresentou
o mesmo comportamento para outras duas polarizações nas mesmas condições,
as curvas de 25˚C e 35˚C apresentam menores correntes anódicas, visto que as
mesmas apresentam R
p
igual a 19,59 KΩ e 9,07 KΩ respectivamente (ver Tabela
4.4). Para temperaturas superiores como 45˚C, 65˚C e 75˚C os valores de R
p
estão em 3,14 a 7,46 KΩ e as correntes anódicas no potencial de -0,650 V não
dependem significativamente do efeito da temperatura.
Por outro lado, o metal de base (MB) ensaiado sem tratamento térmico,
Figura 4.35, apresenta um comportamento diferente do filme passivante. Observa-
se que a corrente anódica no potencial de -0,650 V aumenta com a temperatura,
assumindo valores de 2,09 µA (10,88 µA/cm
2
), 2,24 µA (11,67 µA/cm
2
), 3,79 µA
(19,74 µA/cm
2
), 6,23 µA (32,45 µA/cm
2
), 12,03 µA (62,66 µA/cm
2
) e 31,29 µA
(162,97 µA/cm
2
) às temperaturas de 25˚C, 35˚C, 45˚C, 55˚C, 65˚C e 75˚C,
respectivamente. Este fato está consistente com os valores da R
p
(ver Tabela 4.4),
onde se observa uma diminuição da R
p
com o aumento da temperatura,
conseqüentemente aumento dos valores das correntes anódicas de passivação do
metal de base.
As regiões catódicas das Figuras 4.34 e 4.35 mostram que as curvas de
polarização encontram-se próximas uma das outras, sendo que as constantes de
76
Tafel catódicas ( |β
c
| ) apresentam valores aproximadamente constantes, média de
0,056 V para MB com tratamento térmico e 0,049 V sem T.T.; associada a uma
reação de redução sobre a superfície do filme passivado.
Os valores de β
a
, |β
c
| e as correntes de corrosão para o metal de base, para
as ZTA(s) dos eletrodos E7018 e E6013, assim como dos metais de solda estão
apresentados nas Tabelas 4.6 e 4.7.
77
Tabela 4.6 Parâmetros eletroquímicos obtidos para MB, ZTA e MS dos eletrodos
E7018 e E6013, com tratamento térmico, a diferentes temperaturas.
Temperatura (˚C) Região
β
a
|β
c
|
I
corr
média
(µA)
± I
corr
(µA)
Metal base 0,084 0,053 0,725 0,089
ZTA 7018 alta E 0,149 0,046 1,085 0,186
ZTA 7018 baixa E 0,120 0,052 1,232 0,141
Metal solda 7018 altaE 0,111 0,051 1,060 0,143
Metal solda 7018 baixa E 0,091 0,056 0,294 0,031
ZTA 6013 alta E 0,081 0,061 0,548 0,062
ZTA 6013 baixa E 0,080 0,059 0,403 0,064
Metal solda 6013 altaE 0,114 0,050 1,148 0,147
25
Metal solda 6013 baixa E 0,094 0,046 0,461 0,074
Metal base 0,100 0,059 1,783 0,275
ZTA 7018 alta E 0,140 0,048 1,356 0,208
ZTA 7018 baixa E 0,143 0,050 3,329 0,416
Metal solda 7018 altaE 0,111 0,048 0,909 0,067
Metal solda 7018 baixa E 0,086 0,061 0,349 0,056
ZTA 6013 alta E 0,089 0,057 1,199 0,135
ZTA 6013 baixa E 0,073 0,064 0,342 0,025
Metal solda 6013 altaE 0,141 0,046 1,333 0,199
35
Metal solda 6013 baixa E 0,084 0,050 0,427 0,042
Metal base 0,101 0,056 5,011 1,293
ZTA 7018 alta E 0,092 0,057 0,707 0,164
ZTA 7018 baixa E 0,101 0,054 7,161 0,639
Metal solda 7018 altaE 0,082 0,061 2,173 0,242
Metal solda 7018 baixa E 0,081 0,063 0,441 0,025
ZTA 6013 alta E 0,091 0,059 1,481 0,243
ZTA 6013 baixa E 0,091 0,060 0,944 0,135
Metal solda 6013 altaE 0,106 0,051 3,021 0,245
45
Metal solda 6013 baixa E 0,091 0,056 0,321 0,021
Metal base 0,108 0,058 3,161 1,506
ZTA 7018 alta E 0,088 0,051 0,673 0,121
ZTA 7018 baixa E 0,101 0,062 4,298 0,688
Metal solda 7018 altaE 0,094 0,049 1,600 0,232
Metal solda 7018 baixa E 0,083 0,063 1,582 0,131
ZTA 6013 alta E 0,086 0,061 3,124 0,256
ZTA 6013 baixa E 0,087 0,057 4,628 0,637
Metal solda 6013 altaE 0,107 0,048 4,548 0,751
55
Metal solda 6013 baixa E 0,067 0,074 1,194 0,230
Metal base 0,063 0,052 2,385 0,511
ZTA 7018 alta E 0,100 0,060 0,900 0,103
ZTA 7018 baixa E 0,157 0,060 5,385 3,636
Metal solda 7018 altaE 0,091 0,055 2,348 0,158
Metal solda 7018 baixa E 0,103 0,050 3,033 0,668
ZTA 6013 alta E 0,090 0,068 3,309 0,799
ZTA 6013 baixa E 0,079 0,060 1,665 0,663
Metal solda 6013 altaE 0,063 0,056 2,575 0,763
65
Metal solda 6013 baixa E 0,088 0,026 0,299 0,053
Metal base 0,129 0,057 2,299 0,265
ZTA 7018 alta E 0,070 0,065 1,254 0,053
ZTA 7018 baixa E 0,070 0,063 3,102 0,489
Metal solda 7018 altaE 0,108 0,059 3,637 0,683
Metal solda 7018 baixa E 0,090 0,057 3,822 0,667
ZTA 6013 alta E 0,078 0,067 2,449 0,289
ZTA 6013 baixa E 0,233 0,061 2,242 1,788
Metal solda 6013 altaE 0,208 0,058 3,248 0,817
75
Metal solda 6013 baixa E 0,110 0,054 1,065 0,273
78
Tabela 4.7 Parâmetros eletroquímicos obtidos para MB, ZTA e MS dos eletrodos
E7018 e E6013, sem tratamento térmico, a diferentes temperaturas.
Temperatura (˚C) Região
β
a
|β
c
|
I
corr
média
(µA)
± I
corr
(µA)
Metal base 0,254 0,043 0,898 0,113
ZTA 7018 alta E 0,065 0,061 0,210 0,080
ZTA 7018 baixa E 0,067 0,072 0,409 0,057
Metal solda 7018 altaE 0,097 0,057 1,403 0,105
Metal solda 7018 baixa E 0,072 0,066 0,493 0,359
ZTA 6013 alta E 0,020 0,055 2,045 0,774
ZTA 6013 baixa E 0,085 0,061 0,284 0,026
Metal solda 6013 altaE 0,100 0,060 69,540 9,212
25
Metal solda 6013 baixa E 0,070 0,064 0,208 0,094
Metal base 0,121 0,041 0,619 0,181
ZTA 7018 alta E 0,397 0,036 0,860 0,217
ZTA 7018 baixa E 0,075 0,057 0,762 0,074
Metal solda 7018 altaE 0,105 0,052 2,399 0,193
Metal solda 7018 baixa E 0,114 0,046 0,856 0,184
ZTA 6013 alta E 0,117 0,052 3,379 0,523
ZTA 6013 baixa E 0,090 0,050 0,346 0,079
Metal solda 6013 altaE 0,089 0,051 2,699 0,253
35
Metal solda 6013 baixa E 0,067 0,075 0,296 0,022
Metal base 0,141 0,046 0,869 0,095
ZTA 7018 alta E 0,132 0,045 1,061 0,076
ZTA 7018 baixa E 0,092 0,048 1,213 0,183
Metal solda 7018 altaE 0,095 0,055 4,313 0,757
Metal solda 7018 baixa E 0,144 0,048 1,077 0,213
ZTA 6013 alta E 0,093 0,053 3,063 0,239
ZTA 6013 baixa E 0,100 0,049 0,549 0,102
Metal solda 6013 altaE 0,089 0,050 2,848 0,284
45
Metal solda 6013 baixa E 0,070 0,049 4,323 2,109
Metal base 0,122 0,047 1,119 0,151
ZTA 7018 alta E 0,101 0,047 1,219 0,108
ZTA 7018 baixa E 0,087 0,052 1,645 0,603
Metal solda 7018 altaE 0,086 0,054 6,083 2,520
Metal solda 7018 baixa E 0,091 0,044 0,905 0,357
ZTA 6013 alta E 0,080 0,056 2,853 0,172
ZTA 6013 baixa E 0,089 0,051 0,611 0,062
Metal solda 6013 altaE 0,076 0,053 3,973 0,773
55
Metal solda 6013 baixa E 0,120 0,053 1,237 0,198
Metal base 0,091 0,057 1,478 0,292
ZTA 7018 alta E 0,087 0,047 1,737 0,448
ZTA 7018 baixa E 0,084 0,056 2,866 0,254
Metal solda 7018 altaE 0,075 0,055 6,505 1,089
Metal solda 7018 baixa E 0,094 0,052 1,259 0,131
ZTA 6013 alta E 0,088 0,058 3,819 0,289
ZTA 6013 baixa E 0,064 0,053 0,766 0,075
Metal solda 6013 altaE 0,076 0,054 5,883 1,514
65
Metal solda 6013 baixa E 0,076 0,048 2,250 0,538
Metal base 0,082 0,060 2,904 0,220
ZTA 7018 alta E 0,086 0,064 5,396 2,628
ZTA 7018 baixa E 0,080 0,065 5,158 1,996
Metal solda 7018 altaE 0,079 0,047 12,786 5,473
Metal solda 7018 baixa E 0,128 0,057 7,927 1,792
ZTA 6013 alta E 0,060 0,062 5,979 2,248
ZTA 6013 baixa E 0,096 0,053 2,231 0,682
Metal solda 6013 altaE 0,061 0,055 8,065 2,921
75
Metal solda 6013 baixa E 0,058 0,051 3,729 1,236
79
A Figura 4.36 mostra o comportamento das constantes de Tafel anódicas
( β
a
) e catódicas ( |β
c
| ) em função da temperatura.
20 30 40 50 60 70 80
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Coeficiente de Tafel
Temperatura (
0
C)
Metal de Base
β
a
com T.T.
β
a
sem T.T.
β
c
com T.T.
β
c
sem T.T.
Figura 4.36 Comportamento das constantes de Tafel β
a
e β
c
em função da
temperatura, para o metal de base, com e sem tratamento térmico.
Os coeficientes de Tafel catódicos para o MB, com e sem tratamento
térmico, apresentam valores próximos e variando muito pouco com a temperatura,
entretanto, β
c
depende da temperatura segundo a equação
RT
nF
3,2
α
−
; o coeficiente
de transferência de carga (α), que é independente para um determinado intervalo
de potencial [
41], varia com o aumento da temperatura, pois está associado com a
mudança da barreira da energia de ativação dos processos anódicos e catódicos.
Desta forma a corrente de corrosão fica influenciada diretamente pelos
valores de β
a
, associada com a corrente de passivação do metal, e a resistência
80
de polarização R
p
para cada temperatura, conforme a equação 2.20, onde
()
cap
ca
corr
R
i
ββ
β
β
+××
×
=
3,2
.
As correntes de corrosão (i
corr
) do metal de base com e sem tratamento
térmico, assim como os potenciais de corrosão e as resistências de polarização,
podem ser vistas na Tabela 4.8.
Tabela 4.8 Parâmetros eletroquímicos obtidos do metal de base para as condições
de presença e ausência de tratamento térmico em solução de licor
aerado para diferentes temperaturas.
MB sem T.T. MB com T.T.
Temperatura
(˚C)
-E
corr
(V) R
p
(KΩ) i
corr
(µA) -E
corr
(V) R
p
(KΩ) i
corr
(µA)
25 0,750 18,01 0,89 0,699 19,59 0,72
35 0,717 21,58 0,62 0,724 9,07 1,78
45 0,763 17,47 0,87 0,752 3,14 5,01
55 0,753 13,23 1,12 0,701 5,13 3,16
65 0,770 10,31 1,47 0,736 5,19 2,38
75 0,796 5,17 2,90 0,721 7,46 2,30
médias 0,758 14,29 1,31 0,722 8,26 2,56
81
Observa-se na Tabela 4.8 que para o MB sem tratamento térmico, os
potenciais de corrosão encontram-se em -0,717 V a -0,796 V e entre -0,699 V a -
0,752 V para MB com tratamento térmico.
A Figura 4.37 mostra o comportamento do potencial de corrosão para o MB
com e sem tratamento térmico.
20 30 40 50 60 70 80
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
(-)Ecorr (V)
Temperatura (
0
C)
sem T.T.
com T.T.
Figura 4.37 Potencial de corrosão E
corr
para o metal base, com e sem tratamento
térmico em função da temperatura do licor.
O valor médio do potencial de corrosão sem T.T. encontra-se mais catódico
em 36 mV que o E
corr
do MB com T.T. O valor médio da R
p
para o intervalo de
temperatura mostra que R
p
para o metal base sem tratamento térmico é maior que
o valor médio com tratamento térmico, isto é, 14,29 KΩ contra 8,26 KΩ
respectivamente.
Conseqüentemente, as correntes de corrosão (i
corr
) são menores para o
metal de base sem tratamento térmico, como pode ser visto na Figura 4.38.
82
20 30 40 50 60 70 80
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
icorr (uA)
Temperatura (
0
C)
Metal Base
com TT
sem TT
Figura 4.38 Comportamento da corrente de corrosão (icorr), para o metal base
sem e com tratamento térmico em função da temperatura do licor.
Observa-se que a i
corr
sem T.T. apresenta um aumento linear da corrente a
partir de 35˚C até 65˚C, sendo que para temperaturas superiores, a corrente
aumenta com outra taxa de corrosão. Entretanto, a corrente de corrosão para o
MB com T.T. apresenta uma corrente máxima em 45˚C, de 5,01 µA (26,09
µA/cm
2
), e diminuindo para valores próximos de 2,5 µA (13,02 µA/cm
2
). Este fato
indica que para o intervalo de temperatura entre 35˚C a 65˚C, observa-se uma
diminuição da R
p
e conseqüente aumento da corrente de corrosão para o metal de
base com tratamento térmico.
Desta forma, o metal de base sem tratamento térmico apresenta um
potencial de corrosão de 36 mV, em média, para valores mais catódicos, em
relação ao potencial com T.T.; indicando uma maior passivação da superfície do
aço, visto que o valor médio da Rp 14,29 KΩ é superior a do MB com T.T. (8,26
KΩ) e a i
corr
média é menor para a superfície do aço sem T.T.; 1,32 µA (6,87
µA/cm
2
) contra 2,63 µA (13,69 µA/cm
2
) do aço com T.T.
83
As Figuras 4.39 e 4.40 apresentam as curvas de polarização das ZTA(s) do
eletrodo E7018, alta energia, com T.T. e sem T.T., respectivamente.
1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
-0.50
-0.45
ZTA 7018 alta E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
log i (A)
potencial (V)
Figura 4.39 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com alta energia de
soldagem e tratado termicamente, em solução de licor aerado, a
diferentes temperaturas.
84
1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-1.00
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
log i (A)
potencial (V)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
ZTA 7018 alta E - sem T.T.
Figura 4.40 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com alta energia de
soldagem e sem tratamento térmico, em solução de licor aerado, a
diferentes temperaturas.
Observa-se na Figura 4.39 que na região anódica as curvas de polarização
a 45˚C e 55˚C apresentam E
corr
deslocados para potenciais menos negativos e
com correntes anódicas menores, no potencial de -0,650V, que as demais
temperaturas.
A Figura 4.40 mostra que a ZTA de alta energia de soldagem, sem
tratamento térmico, apresenta um comportamento análogo à da Figura 4.35, isto é,
a corrente anódica, no potencial de -0,650 V aumenta com a temperatura,
indicando que o calor produzido pelo processo de alta energia não deve ter
modificado a natureza do filme passivante sobre as duas superfícies metálicas.
Comportamento semelhante é observado para o metal de solda do eletrodo
E 7018, com alta energia e sem tratamento térmico, apresentado na Figura 4.41.
85
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
log i (A)
potencial (V)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
metal solda 7018 alta E - sem T.T.
Figura 4.41 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, com alta
energia de soldagem e sem tratamento térmico, em solução de licor
aerado, a diferentes temperaturas.
Para o processo de soldagem com baixa energia para o eletrodo E7018, a
ZTA com tratamento térmico apresenta comportamento diferente na região
anódica da ZTA sem tratamento térmico, como pode ser visto nas Figuras 4.42 e
4.43.
86
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
log i (A)
potencial (V)
ZTA 7018 baixa E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
Figura 4.42 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com baixa energia
de soldagem e com tratamento térmico, em licor aerado, a diferentes
temperaturas.
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
-0.50
log i (A)
potencial (V)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
ZTA 7018 baixa E - sem T.T.
Figura 4.43 Curvas de polarização da ZTA do eletrodo E7018, com baixa energia
de soldagem, sem tratamento térmico, em licor aerado, a diferentes
temperaturas.
87
Observa-se que as correntes anódicas da Figura 4.43, no potencial de -
0,650 V, aumentam com a temperatura de forma análoga a da Figura 4.40 (ZTA,
E7018, com alta energia, sem T.T.) e do metal base, sem tratamento térmico
(Figura 4.35) e para o metal de solda do E7018, com baixa energia, sem
tratamento térmico, como mostra a Figura 4.44.
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
log i (A)
potencial (V)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
metal de solda 7018 baixa E - sem T.T.
Figura 4.44 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, com
baixa energia de soldagem e sem tratamento térmico, em solução de
licor aerado, a diferentes temperaturas.
É conhecido que quanto maior a energia de soldagem, maior é a extensão
da ZTA e maior o tempo para solidificação do cordão de solda; entretanto, é
observado que após os processos de soldagem, as curvas de polarização
anódicas para ZTA e MS de alta e baixa energia, apresentam um comportamento
semelhante a MB sem tratamento térmico.
As Figuras 4.45 e 4.46 mostram as curvas de polarização do metal de solda
do eletrodo E7018 com tratamento térmico, com alta e baixa energia,
respectivamente.
88
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
-0.50
-0.45
metal solda 7018 alta E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
log i (A)
potencial (V)
Figura 4.45 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, com alta
energia de soldagem e com tratamento térmico, em licor aerado, a
diferentes temperaturas.
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
-0.50
-0.45
metal de solda 7018 baixa E - com T.T.
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
log i (A)
potencial (V)
Figura 4.46 Curvas de polarização do metal de solda do eletrodo E7018, com
baixa energia de soldagem, com tratamento térmico, em licor aerado,
a diferentes temperaturas.
89
Observam-se que os potenciais de corrosão mais anódicos para as
temperaturas de 45˚C e 55˚C. As regiões anódicas e catódicas assemelham-se as
das Figuras 4.34 e 4.39, para o MB e ZTA com T.T. do E7018 de alta energia,
respectivamente.
Para os eletrodos E6013, com e sem tratamento térmico das zonas
termicamente afetadas e do metal de solda, observam-se comportamento
semelhante ao do eletrodo E7018.
4.3.4 TAXAS DE CORROSÃO PARA AS REGIÕES MB, ZTA E MS
A partir das curvas de micropolarização, onde foram obtidas as resistências
de polarização, e das curvas de macropolarização, onde foram obtidos os
coeficientes de Tafel e conseqüentemente, i
corr
para os diferentes eletrodos, foi
possível determinar as taxas de corrosão média (mm/ano), utilizando-se a
equação 2.21. As Tabelas 4.9 e 4.10 apresentam as taxas de corrosão dos
eletrodos sem e com tratamento térmico em função da temperatura.
90
Tabela 4.9 Taxas de corrosão para o MB, ZTA e MS, sem tratamento térmico, dos
eletrodos E7018 e E6013, em função da temperatura do licor aerado
naturalmente.
Temperatura (˚C) Região
Taxa de corrosão média
(mm/ano)
Metal base 0,054
ZTA 7018 alta E 0,013
ZTA 7018 baixa E 0,025
Metal solda 7018 altaE 0,085
Metal solda 7018 baixa E 0,029
ZTA 6013 alta E 0,123
ZTA 6013 baixa E 0,017
Metal solda 6013 altaE -
25
Metal solda 6013 baixa E 0,012
Metal base 0,037
ZTA 7018 alta E 0,052
ZTA 7018 baixa E 0,046
Metal solda 7018 altaE 0,145
Metal solda 7018 baixa E 0,052
ZTA 6013 alta E 0,204
ZTA 6013 baixa E 0,021
Metal solda 6013 altaE 0,163
35
Metal solda 6013 baixa E 0,018
Metal base 0,052
ZTA 7018 alta E 0,064
ZTA 7018 baixa E 0,073
Metal solda 7018 altaE 0,260
Metal solda 7018 baixa E 0,065
ZTA 6013 alta E 0,185
ZTA 6013 baixa E 0,033
Metal solda 6013 altaE 0,172
45
Metal solda 6013 baixa E 0,261
Metal base 0,067
ZTA 7018 alta E 0,073
ZTA 7018 baixa E 0,099
Metal solda 7018 altaE 0,367
Metal solda 7018 baixa E 0,054
ZTA 6013 alta E 0,172
ZTA 6013 baixa E 0,037
Metal solda 6013 altaE 0,239
55
Metal solda 6013 baixa E 0,074
Metal base 0,089
ZTA 7018 alta E 0,105
ZTA 7018 baixa E 0,173
Metal solda 7018 altaE 0,392
Metal solda 7018 baixa E 0,076
ZTA 6013 alta E 0,230
ZTA 6013 baixa E 0,046
Metal solda 6013 altaE 0,355
65
Metal solda 6013 baixa E 0,136
Metal base 0,175
ZTA 7018 alta E 0,325
ZTA 7018 baixa E 0,311
Metal solda 7018 altaE 0,771
Metal solda 7018 baixa E 0,478
ZTA 6013 alta E 0,360
ZTA 6013 baixa E 0,134
Metal solda 6013 altaE 0,486
75
Metal solda 6013 baixa E 0,225
91
Tabela 4.10 Taxas de corrosão para o MB, ZTA e MS, com tratamento térmico,
dos eletrodos E7018 e E6013, em função da temperatura do licor
aerado naturalmente.
Temperatura (˚C) Região
Taxa de corrosão média
(mm/ano)
Metal base 0,044
ZTA 7018 alta E 0,065
ZTA 7018 baixa E 0,074
Metal solda 7018 altaE 0,064
Metal solda 7018 baixa E 0,018
ZTA 6013 alta E 0,033
ZTA 6013 baixa E 0,024
Metal solda 6013 altaE 0,069
25
Metal solda 6013 baixa E 0,028
Metal base 0,107
ZTA 7018 alta E 0,082
ZTA 7018 baixa E 0,201
Metal solda 7018 altaE 0,055
Metal solda 7018 baixa E 0,021
ZTA 6013 alta E 0,072
ZTA 6013 baixa E 0,021
Metal solda 6013 altaE 0,080
35
Metal solda 6013 baixa E 0,026
Metal base 0,302
ZTA 7018 alta E 0,043
ZTA 7018 baixa E 0,432
Metal solda 7018 altaE 0,131
Metal solda 7018 baixa E 0,027
ZTA 6013 alta E 0,089
ZTA 6013 baixa E 0,057
Metal solda 6013 altaE 0,182
45
Metal solda 6013 baixa E 0,019
Metal base 0,190
ZTA 7018 alta E 0,041
ZTA 7018 baixa E 0,259
Metal solda 7018 altaE 0,096
Metal solda 7018 baixa E 0,095
ZTA 6013 alta E 0,188
ZTA 6013 baixa E 0,279
Metal solda 6013 altaE 0,274
55
Metal solda 6013 baixa E 0,072
Metal base 0,144
ZTA 7018 alta E 0,054
ZTA 7018 baixa E 0,324
Metal solda 7018 altaE 0,141
Metal solda 7018 baixa E 0,183
ZTA 6013 alta E 0,199
ZTA 6013 baixa E 0,100
Metal solda 6013 altaE 0,155
65
Metal solda 6013 baixa E 0,018
Metal base 0,139
ZTA 7018 alta E 0,076
ZTA 7018 baixa E 0,187
Metal solda 7018 altaE 0,219
Metal solda 7018 baixa E 0,230
ZTA 6013 alta E 0,148
ZTA 6013 baixa E 0,135
Metal solda 6013 altaE 0,196
75
Metal solda 6013 baixa E 0,064
92
As Figuras 4.47 e 4.48 mostram as taxas de corrosão para o eletrodo de
soldagem E7018, com alta energia, sem e com tratamento térmico,
respectivamente.
metalbase ZTA metalsolda
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
Região do corpo de prova
Taxa de corrosão (mm/ano)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E7018 alta Energia - sem T.T.
Figura 4.47 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, com alta energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
metalbase ZTA metalsolda
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Região do corpo de prova
Taxa de corrosão (mm/ano)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E7018 alta Energia - com T.T.
Figura 4.48 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, com alta energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
93
A Figura 4.47 mostra que as taxas de corrosão no MB e ZTA possuem
valores entre 0,025 a 0,085 mm/ano para o intervalo de temperaturas entre 25˚C a
55˚C. A temperaturas superiores a 55˚C, observa-se um aumento das taxas de
corrosão da ZTA em relação ao MB. Observa-se também que as taxas de
corrosão da região de solda aumenta com o acréscimo da temperatura do licor, e
que para temperaturas acima de 35˚C a corrosão do MS torna-se superior as do
metal de base e da ZTA.
A Figura 4.48 mostra que o tratamento térmico nas amostras do MB
proporcionou um aumento das taxas de corrosão para as temperaturas de
35˚C ,45˚C , 55˚C e 65˚C. Para as temperaturas de 25˚C e 75˚C as taxas
diminuíram com o tratamento térmico. As taxas da ZTA permanecem no mesmo
intervalo dos valores de corrosão, passando a diminuir para as temperaturas de
65˚C e 75˚C. Por outro lado, o tratamento térmico no metal de solda do E7018,
alta energia, diminui as taxas de corrosão. Para o MS a 75˚C observa-se uma
diminuição da taxa de corrosão de aproximadamente 70%.
As Figuras 4.49 e 4.50 mostram as taxas de corrosão nas regiões do MB,
ZTA e MS para o eletrodo E7018 de baixa energia de soldagem, sem e com
tratamento térmico.
94
metalbase ZTA metalsolda
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
Taxa de corrosão (mm/ano)
Região do corpo de prova
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E7018 baixa Energia - sem T.T.
Figura 4.49 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, com baixa energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
metalbase ZTA metalsolda
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
Região do corpo de prova
Taxa de corrosão (mm/ano)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E7018 baixa Energia - com T.T.
Figura 4.50 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E7018, com baixa energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
95
Observa-se na Figura 4.49 que as taxas de corrosão do MB são as
mesmas da Figura 4.47, por tratar-se do MB sem tratamento térmico. As taxas da
ZTA são muito próximas das taxas obtidas para as ZTA(s) de alta energia de
soldagem, porém a corrosão do metal de solda diminui acentuadamente para as
temperaturas de 45˚C, 55˚C e 65˚C (ver Figura 4.47), em torno de 80% para as
temperaturas de 55˚C e 65˚C. Observa-se também uma diminuição da corrosão
para a temperatura de 75˚C. Na Figura 4.50 observa-se que as taxas da ZTA são
maiores, situando-se no intervalo entre 0,05 a 0,475 mm/ano para as temperaturas
entre 25˚C a 75˚C. Isto é, as ZTA(s) das soldas de baixa e alta energia são
afetadas pelo calor liberado durante o processo de soldagem.
De forma análoga, as Figuras 4.51 e 4.52 apresentam as taxas de corrosão
das regiões MB, ZTA e MS das soldagens com o eletrodo E6013, com alta energia,
sem e com tratamento térmico, respectivamente.
metalbase ZTA metalsolda
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
Taxa de corrosão (mm/ano)
Região do corpo de prova
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E6013 alta Energia - sem T.T.
Figura 4.51 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, com alta energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
96
metalbase ZTA metalsolda
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Região do corpo de prova
Taxa de corrosão (mm/ano)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E6013 alta Energia - com T.T.
Figura 4.52 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, com alta energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
Observa-se que as taxas de corrosão do MB apresentado nas Figuras 4.51
e 4.52 são as mesmas que as taxas do MB das Figuras anteriores. Entretanto, as
taxas da ZTA do E6013, alta energia, sem T.T. são em média superiores que as
taxas com T.T., 0,212 mm/ano contra 0,121 mm/ano respectivamente.
Comportamento semelhante pode ser observado para as três regiões das Figuras
4.47 e 4.48 com a das Figuras 4.51 e 4.52.
As Figuras 4.53 e 4.54 mostram as variações das taxas de corrosão para
as regiões MB, ZTA e MS para o eletrodo E6013, de baixa energia, sem e com
tratamento térmico, respectivamente.
97
metalbase ZTA metalsolda
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Taxa de corrosão (mm/ano)
Região do corpo de prova
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E6013 baixa Energia - sem T.T.
Figura 4.53 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, com baixa energia e sem T.T. em função da
temperatura do licor.
metalbase ZTA metalsolda
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Região do corpo de prova
Taxa de corrosão (mm/ano)
25
o
C
35
o
C
45
o
C
55
o
C
65
o
C
75
o
C
E6013 baixa Energia - com T.T.
Figura 4.54 Variação da taxa de corrosão (mm/ano) para as regiões de MB, ZTA e
MS, do eletrodo E6013, com baixa energia e com T.T. em função da
temperatura do licor.
98
Na Figura 4.53 observa-se que a ZTA do eletrodo E6013 apresenta taxas
de corrosão inferiores que o MB e MS para temperaturas igual e superiores a 45˚C.
Na Figura 4.54 observa-se que o comportamento da ZTA e do MS do eletrodo
E6013, baixa energia, com T.T., apresenta-se semelhante ao eletrodo E7018
baixa energia, com T.T., da Figura 4.50; entretanto a taxa de corrosão média é
inferior, cujo valor é de 0,103 mm/ano para a ZTA do E6013 contra 0,246 mm/ano
da ZTA do E7018.
Analogamente ao eletrodo E7018, observa-se diminuição das taxas de
corrosão do metal de solda E6013, comparando os valores de alta e baixa energia.
Para o MS do eletrodo E6013, alta energia, sem T.T. (Figura 4.51), a taxa de
corrosão média foi de 0,230 mm/ano contra 0,120 mm/ano para o eletrodo baixa
energia e sem tratamento térmico (Figura 4.53).
Com relação ao comportamento da ZTA do eletrodo E7018, alta energia e
com tratamento térmico (Figura 4.48), observa-se uma diminuição nos valores das
taxas de corrosão em função da temperatura para esta região, quando
comparadas com a ZTA do eletrodo E6013, alta energia e com T.T (Figura 4.52).
Os valores médios são de 0,059 mm/ano para a ZTA do E7018, e 0,121 mm/ano
para a ZTA do E6013, ambas com alta energia e com tratamento térmico.
As Figuras 4.55 e 4.56 mostram a variação da taxa de corrosão para a ZTA,
sem e com tratamento térmico em função da temperatura para os diferentes
eletrodos e energia de soldagem.
99
20 30 40 50 60 70 80
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
Taxa de corrosão (mm/ano)
Temperatura (
o
C)
7018altaE
7018baixaE
6013altaE
6013baixaE
ZTA - sem T.T.
Figura 4.55 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) da ZTA, sem T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
20 30 40 50 60 70 80
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
Temperatura (
o
C)
Taxa de corrosão (mm/ano)
7018altaE
7018baixaE
6013altaE
6013baixaE
ZTA - com T.T.
Figura 4.56 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) da ZTA, com T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
100
A Figura 4.55 mostra que as taxas de corrosão da ZTA sem tratamento
térmico aumentam linearmente com a temperatura até aproximadamente 55˚C,
exceto a ZTA do eletrodo E6013 alta energia, quando observam-se aumentos
mais significativos a partir de 55˚C.
As Figuras 4.57 e 4.58 apresentam as variações nas taxas de corrosão no
metal de solda (MS), sem e com tratamento térmico em função da temperatura
para diferentes eletrodos e energia de soldagem.
20 30 40 50 60 70 80
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Taxa de corrosão (mm/ano)
Temperatura (
o
C)
7018altaE
7018baixaE
6013altaE
6013baixaE
metal solda - sem T.T.
Figura 4.57 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) do MS, sem T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
101
20 30 40 50 60 70 80
0.0
0.1
0.2
0.3
Temperatura (
o
C)
Taxa de corrosão (mm/ano)
7018 altaE
7018 baixaE
6013 altaE
6013 baixaE
metal solda - com T.T.
Figura 4.58 Variação das taxas de corrosão (mm/ano) do MS, com T.T. para os
eletrodos E7018 e E6013, com baixa e alta energia de soldagem, em
função da temperatura do licor aerado.
A Figura 4.57 mostra que há um aumento acentuado nas taxas de corrosão
entre 45˚C e 60˚C no metal de solda, associado a transformação no filme de
passivação. Este fato foi observado para a ZTA com tratamento térmico, como
mostra a Figura 4.56.
Observa-se de uma forma geral, que as taxas de corrosão dos MS(s) dos
eletrodos E7018 e E6013, de baixa energia de soldagem, apresentam valores
inferiores que as de alta energia (Figura 4.57). Este comportamento foi verificado
para ambas as condições, sem e com tratamento térmico (Figura 4.58).
A partir das taxas de corrosão das Figuras 4.55, 4.56, 4.57 e 4.58, foram
determinadas relações matemáticas entre as taxas de corrosão (y) em função da
temperatura (x), considerando uma linearidade entre estas variáveis a partir de
55˚C. Foram consideradas somente as temperaturas de 55
0
C, 65
0
C e 75
0
C, para a
determinação das relações matemáticas, o que poderá induzir erros quando da
extrapolação para 170
0
C, temperatura de operação dos digestores. Os ensaios
não foram efetuados para temperaturas superiores devido ao fato de que a
102
pressão de vapor da água no eletrólito torna-se acentuada a ponto de modificar a
concentração da solução alcalina, após os ensaios de determinação dos
potenciais de corrosão e das micro e macro polarizações. A Tabela 4.11 mostra as
relações entre as taxas de corrosão versus temperatura para MB, ZTA e MS sem
tratamento térmico.
Tabela 4.11 Relações das taxas de corrosão em função da temperatura, para as
regiões da ZTA, MS e MB, sem tratamento térmico.
ZTA
eletrodo relação
Taxa de corrosão a
170˚C* (mm/ano)
E7018, alta E y=0,0125x-0,6502 1,49
E7018, baixa E y=0,0105x-0,4937 1,30
E6013, alta E y=0,0094x-0,3578 1,24
E6013, baixa E y=0,0049x-0,2447 0,58
Metal de Solda (MS)
eletrodo relação
Taxa de corrosão a
170˚C* (mm/ano)
E7018, alta E y=0,0202x-0,8032 2,63
E7018, baixa E y=0,0211x-1,1727 2,42
E6013, alta E y=0,0123x-0,4417 1,65
E6013, baixa E y=0,0075x-0,3435 0,93
Metal Base (MB)
eletrodo relação
Taxa de corrosão a
170˚C* (mm/ano)
sem T.T. y=0,0018x-0,0086 0,30
*temperatura de operação no interior do digestor.
Os resultados apresentados na Tabela 4.11 mostram as taxas de corrosão
extrapolados e a taxa esperada para a temperatura de 170˚C. Nesta temperatura
103
e com a solução alcalina apresentada na Tabela 3.4, os digestores descontínuos
trabalham para a obtenção de celulose. Para o metal de base (MB), sem
tratamento térmico, obteve-se uma taxa de corrosão de 0,30 mm/ano. Este valor
encontra-se próximo dos obtidos pela técnica de ultra-som no digestor III, de aço
ASTM A 285 Grau C, no período de 1998-1999, cujo valor foi de 0,38 mm/ano,
como pode ser observado no Anexo A, referente ao anel número 1, da divisão A
do digestor (ver Anexo B).
O Anexo A mostra uma tabela das medições de espessura feitas no
digestor entre 1998 e 2002, e as diferenças nas espessuras anuais após
funcionamento contínuo do digestor. Os valores são obtidos a partir de medições
em 57 partes (pontos) de 9’’x 9’’ da parede interna do digestor (Figura 4.59).
Observa-se que para os anos 1999 a 2000 a taxa foi de 0,53 mm/ano e
0,74 mm/ano entre 2001 e 2000, proporcionando uma taxa de corrosão média,
entre os quatro anos de acompanhamento, de 0,55 mm/ano, o que pode ser
considerado como satisfatório, uma vez que taxas superiores a 1 mm/ano são
consideradas não recomendadas.
Figura 4.59 Mostra a divisão de 9” X 9” da parede interna do digestor.
104
Eventualmente o ponto de medida pode estar localizado em uma ZTA ou
cordão de solda, mas a maioria dos pontos apresentados no Anexo A estão
relacionados com o MB que totaliza aproximadamente 2,98 m
2
(57 pontos de 9’’x
9’’).
Portanto, os resultados de perda dimensional obtidos após a inspeção
anual estão diretamente ligados com o metal de base, não avaliando
numericamente as perdas das regiões da ZTA e do MS, como foi avaliado neste
trabalho.
A Tabela 4.11 mostra que as taxas de corrosão das ZTA(s) dos eletrodos
E7018 e E6013, de alta energia de soldagem são maiores que as de baixa energia.
Comportamento semelhante é observado para as taxas de corrosão do metal de
solda, porém os valores das perdas dimensionais são maiores que nas ZTA(s).
Então, para a condição de ausência de tratamento térmico, E7018 alta energia,
temos que as taxas de corrosão são de 0,30 mm/ano no MB; 1,49 mm/ano para a
ZTA e 2,63 mm/ano no metal de solda (cordão de solda). Isto é, as taxas de
corrosão aumentam do MB em direção ao cordão de solda para todas as
condições apresentadas na Tabela 4.11.
A Figura 4.60 mostra a região do cordão de solda do digestor de aço ASTM
A 516 Grau 60 durante inspeção anual.
105
Figura 4.60 Cordão de solda do E7018, utilizado no digestor VI, da Iguaçu
Celulose, Papel S.A, de aço ASTM A 516 Grau 60, durante
manutenção anual.
Observa-se na Figura 4.60 que o cordão de solda sofre uma dissolução
local, com significante perda de massa, a ponto de formar uma depressão em
alguns trechos da solda. Este fato faz com que, anualmente, estes cordões sejam
preenchidos com o eletrodo AWS E7018, como pode ser visto na Figura 4.61.
106
Figura 4.61 Cordão de solda da parede interna do digestor VI, aço ASTM A 516
Grau 60, preenchido com eletrodo AWS E 7018 durante manutenção
anual.
As sucessivas manutenções promovem o alargamento dos cordões de
solda e das ZTA(s) dos digestores. Regis [6] observou a formação de sulcos em
algumas regiões das ZTA(s) do digestor de aço ASTM A 285 Grau C, isto porque
as taxas de corrosão são superiores a do metal base.
Os resultados das ZTA(s) dos eletrodos E7018 e E6013, Tabela 4.11
mostram que as taxas de corrosão para a soldagem de baixa energia são
menores (1,30 e 0,58 mm/ano) que as de alta energia (1,49 e 1,24 mm/ano). É
conhecido que a extensão da ZTA depende diretamente da energia de soldagem,
como verificado neste trabalho nas medidas do perfil de dureza no item 4.2.
Portanto, para baixa energia de soldagem, sem tratamento térmico, as taxas de
corrosão das ZTA(s) são menores. Como as distâncias entre o cordão de solda e
o metal de base são menores, a área exposta na solução é conseqüentemente
menor, proporcionando menores perda de massa na região.
As micrografias das Figuras 4.7 e 4.8 mostram que possivelmente a
presença de ferrita de contorno de grão em maior quantidade na soldagem de alta
energia seja responsável pelas maiores taxas de corrosão no metal de solda.
107
Entretanto, as micrografias das Figuras 4.14 e 4.15 não apresentam diferenças na
microestrutura que possam justificar a taxa de corrosão inferior do metal de solda
com baixa energia do eletrodo AWS E6013 em relação a de alta. É possível que
este fato esteja relacionado com a natureza do filme de passivação sobre a
superfície da liga.
As melhores resistências a corrosão do metal de solda do eletrodo AWS
E6013 em relação ao AWS E7018, sem tratamento térmico, pode estar
relacionado com a maior quantidade de silício no eletrodo E7018 [1,3,5,19,22].
A natureza do filme passivante desempenha um papel importante nas taxas
de corrosão. A Tabela 4.12 apresenta o resultado da corrosão na ZTA e no metal
de solda, com tratamento térmico.
108
Tabela 4.12 Relação das taxas de corrosão em função da temperatura, para as
regiões da ZTA e MS, com tratamento térmico.
ZTA
eletrodo relação
Taxa de corrosão a 170˚C
(mm/ano)
E7018, alta E y=0,0011x-0,143 0,17
E7018, baixa E y=0,0051x-0,0203 0,84
E6013, alta E y=0,0026x-0,0163 0,42
E6013, baixa E y=0,0017x-0,0569* 0,28
Metal de Solda (MS)
eletrodo relação
Taxa de corrosão a 170˚C
(mm/ano)
E7018, alta E y=0,0064x-0,2467 0,79
E7018, baixa E y=0,0069x-0,2854 0,90
E6013, alta E y=0,0025x-0,0005** 0,43
E6013, baixa E y=0,0006x-0,0014** 0,10
* foi desconsiderado a temperatura de 55˚C (ver Figura )
** a partir da temperatura de 65˚C
Os resultados apresentados na Tabela 4.12 mostram que houve uma
inversão nas taxas de corrosão para o eletrodo E7018 nas regiões da ZTA e do
MS, quando comparados com os dados na Tabela 4.11.
O tratamento térmico de alívio de tensões proporcionou uma maior taxa de
corrosão da ZTA para a soldagem de baixa energia, com valores de 0,84 mm/ano
contra 0,17 mm/ano para alta energia de soldagem. Menos acentuados foram os
valores para o metal de solda, 0,90 mm/ano para baixa energia contra 0,79
mm/ano para alta energia.
Entretanto, as taxas de corrosão da ZTA e do metal de solda apresentam
comportamento análogo ao observado nestas regiões na ausência de tratamento
109
térmico, porém com taxas de corrosão menores. Provavelmente, o alívio de
tensões desempenha um papel importante na natureza e estabilidade química dos
filmes de óxido passivantes sobre estas ligas.
Nas condições operacionais reais, o digestor encontra-se a altas
temperaturas e sob fluxo turbulento devido a passagem de vapor pela coluna de
solução contendo os cavacos de madeira.
A Figura 4.62 apresenta um tipo de corrosão alveolar para a seção superior
do digestor onde o vapor atinge a interface solução/vapor, projetando solução na
superfície da parede interna do digestor.
Figura 4.62 Superfície interna superior do digestor VI, aço ASTM A 516 Grau 60.
(ver Anexo B).
Da mesma forma, a região do cone inferior do digestor apresenta taxas de
corrosão elevadas devido à descarga da solução e das fibras de celulose, após a
descompressão do vaso. Observa-se nesta região de afunelamento uma corrosão
do tipo corrosão-erosão devido ao atrito da fibra com o filme passivante (ver
110
Anexo B) removendo-o a cada ciclo de carga e descarga (aproximadamente 5
horas por ciclo).
Portanto, as taxas de corrosão do aço ASTM A 285 Grau C em solução
alcalina, dependem da espessura do filme, da porosidade e da estabilidade
química do filme de óxido formado sobre a superfície do aço nestas condições [
42].
111
5 CONCLUSÕES
Dos resultados apresentados anteriormente, podemos concluir que:
1. O aço ASTM A 285 Grau C apresenta nas regiões do metal base, metal de
solda e zona termicamente afetada, microestruturas clássicas, compostas
por perlita e ferrita, ferrita acicular circundada por ferrita de contorno de
grão e ferrita Widmanstätten.
2. O cordão de solda do eletrodo AWS E7018 apresenta maiores valores de
dureza que o AWS E6013 devido a maiores quantidades de manganês.
3. A região do cordão de solda é a mais atacada pelo processo de corrosão,
para ambos os eletrodos, AWS E7018 e AWS E6013, para alta e baixa
energia de soldagem, sem tratamento térmico; seguida pela zona
termicamente afetada e, por último, o metal de base.
4. A zona termicamente afetada e o metal de solda da soldagem com o
eletrodo AWS E6013, baixa energia, apresentam as menores taxas de
corrosão. Entretanto, esta classe de eletrodos não é recomendada para uso
em digestores devido à baixa resistência mecânica.
5. O tratamento térmico de alívio de tensões diminuiu as taxas de corrosão
para as regiões da zona termicamente afetadas e para os metais de solda,
para ambos os eletrodos.
6. Os filmes de óxidos passivantes formados no licor, sobre o metal base, ZTA
e nos cordões de solda, mostram uma possível transformação na estrutura
dos óxidos e conseqüentemente, em suas propriedades, no intervalo de
temperatura entre 45˚C a 55˚C, principalmente sobre as ligas metálicas
submetidas ao tratamento térmico de alívio de tensões.
112
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
As zonas termicamente afetadas e cordões de solda, para digestores
construídos em aço ASTM A 285 Grau C, apresentam-se como regiões críticas.
Desta forma, seria importante estudar o efeito do tratamento térmico nas taxas de
corrosão através do estudo eletroquímico dos filmes passivantes formados nestas
condições por meio de voltametria cíclica e por impedância faradáica. Estas
técnicas permitem obter maiores informações a respeito do comportamento da
resistência elétrica do filme e da estabilidade química dos óxidos em função da
temperatura. A temperatura também deve ser superior a 75˚C para avaliar o
aumento da taxa de corrosão em função da temperatura.
O metal de solda poderá ser investigado a partir da substituição do eletrodo
AWS E7018, utilizados pela empresa Iguaçu Celulose, Papel S.A, por eletrodos
dessa mesma família, tais como AWS E7018-1 e AWS E7018-G, e a influência
nas taxas de corrosão nesta região dos digestores.
Devido a grande quantidade de dados obtidos, com muitas variáveis
trabalhadas, poderá ser feito tratamento estatístico dos dados, para melhor
confiabilidade dos resultados.
113
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2001.
119
APÊNDICE A
Um (1) Faraday está relacionado com as quantidades eletrodepositadas
ou eletrodissolvidas de espécies eletroativas.
Desta forma, 1 (um) equivalente eletroquímico ou peso equivalente da
espécie é dado por:
1 peso equivalente = P.A / n [g/mol] = 96487 C/mol – 1F
onde:
P.A é a massa correspondente ao peso atômico/mol da espécie ativa,
sendo que para este caso, trata-se de átomos metálicos.
n = número total de elétrons envolvidos no processo de
deposição/dissolução.
É conhecido que:
d = m / V [g/cm
3
]
onde: m = massa [g]
d = densidade do material depositado/dissolvido
V = volume [cm
3
] do depósito ou do material dissolvido
Se considerarmos que a área geométrica do material exposto ao meio
corrosivo, portanto dissolução do material, como sendo A [cm
2
], a perda
dimensional “x” da espessura está relacionada com a seguinte expressão*:
V [cm
3
] = A [cm
2
] . x [cm]
Em que:
A = área da superfície do eletrodo de trabalho utilizado no ensaio de
corrosão
x = espessura dissolvida [cm]
V = volume do material perdido no processo corrosivo
* considerando a perda de massa como sendo uma corrosão uniforme.
120
Então temos:
d = m / V = m / A.x
m = d . A . x
por outro lado, temos que carga é:
Q [C] = i [A] . t [s]
Onde: Q = carga [C]
i = corrente [A] e
t = tempo [s]
Portanto:
1 F – 96487 [C/mol] – 1 peso equivalente – P.A/n [g/mol]
x F – i . t – m [g]
desta forma,
m = P.A . i.t / n 96487
m = P.A . i.t / n F
mas, m = A.x.d
portanto,
x = P.A.i.t / n.d.A.F
x = [g/mol].[A].[s] / [g/cm
3
].[cm
2
].[C/mol] = [cm]
Para potencial de repouso temos E
corr
e i
corr
, portanto:
x = Peso equivalente . i
corr
. t / d . A . F (2.21)
121
ANEXO A
Medições de espessura (em mm) por ultra-som nas paredes do digestor
III (aço ASTM A 285 Grau C).
Anel N
o
1 – Divisão A N
o
Pto
1998 1999 diferença 2000 diferença 2001 diferença 2002 diferença
0 29,7 28,7 -1 28,8 0,1 22,5 -6,3 28,0 5,5
1 29,9 29,4 -0,5 28,5 -0,9 28,5 0 28,6 0,1
2 29,8 29,3 -0,5 28,9 -0,4 28,2 -0,7 28,8 0,6
3 29,5 29,1 -0,4 28,6 -0,5 28,2 -0,4 28,7 0,5
4 29,1 29,1 0 28,6 -0,5 28,1 -0,5 28,5 0,4
5 29,0 28,9 -0,1 28,4 -0,5 28,4 0 28,4 0
6 29,0 28,8 -0,2 28,6 -0,2 27,6 -1 28,3 0,7
7 28,9 28,6 -0,3 27,9 -0,7 27,1 -0,8 28,3 1,2
8 28,8 28,4 -0,4 28,1 -0,3 27,4 -0,7 27,6 0,2
9 28,3 28,3 0 27,8 -0,5 27,0 -0,8 27,7 0,7
10 28,1 28,1 0 27,2 -0,9 26,6 -0,6 27,5 0,9
11 28,2 27,7 -0,5 27,1 -0,6 26,4 -0,7 26,8 0,4
12 28,3 27,8 -0,5 27,5 -0,3 26,5 -1 26,6 0,1
13 28,4 28,0 -0,4 27,7 -0,3 26,8 -0,9 26,6 -0,2
14 28,3 28,3 0 27,5 -0,8 26,8 -0,7 27,0 0,2
15 28,2 27,9 -0,3 27,2 -0,7 27,3 0,1 27,1 -0,2
16 28,1 27,7 -0,4 27,2 -0,5 26,5 -0,7 27,0 0,5
17 28,3 27,7 -0,6 27,3 -0,4 26,5 -0,8 26,7 0,2
18 28,4 27,8 -0,6 27,4 -0,4 26,6 -0,8 26,6 0
19 28,0 27,9 -0,1 27,2 -0,7 26,5 -0,7 26,9 0,4
20 27,9 27,7 -0,2 27,0 -0,7 26,2 -0,8 26,7 0,5
21 28,5 27,5 -1 27,0 -0,5 26,2 -0,8 26,4 0,2
22 28,7 27,7 -1 27,7 0 26,6 -1,1 26,1 -0,5
23 28,7 28,4 -0,3 27,9 -0,5 26,9 -1 26,7 -0,2
24 28,6 28,4 -0,2 27,7 -0,7 26,9 -0,8 27,1 0,2
25 28,4 28,3 -0,1 27,7 -0,6 26,6 -1,1 27,0 0,4
26 28,9 28,2 -0,7 27,6 -0,6 26,1 -1,5 26,7 0,6
27 28,9 28,3 -0,6 28,0 -0,3 28,8 0,8 26,6 -2,2
28 28,8 28,6 -0,2 28,0 -0,6 27,2 -0,8 26,8 -0,4
29 28,6 28,5 -0,1 27,9 -0,6 27,0 -0,9 27,4 0,4
30 28,7 28,3 -0,4 27,7 -0,6 26,9 -0,8 27,4 0,5
31 29,1 28,4 -0,7 28,0 -0,4 27,1 -0,9 27,0 -0,1
32 28,9 28,5 -0,4 28,3 -0,2 27,4 -0,9 27,3 -0,1
33 28,9 28,8 -0,1 28,2 -0,6 27,5 -0,7 27,5 0
34 29,2 28,7 -0,5 27,9 -0,8 27,4 -0,5 27,7 0,3
35 29,2 28,3 -0,9 28,1 -0,2 27,0 -1,1 27,6 0,6
36 29,2 28,6 -0,6 25,4 -3,2 27,7 2,3 27,6 -0,1
37 29,1 28,9 -0,2 28,4 -0,5 27,7 -0,7 27,8 0,1
38 29,5 28,8 -0,7 28,3 -0,5 27,3 -1 27,9 0,6
39 29,5 28,7 -0,8 28,3 -0,4 27,5 -0,8 27,7 0,2
40 29,3 28,8 -0,5 28,4 -0,4 27,7 -0,7 28,0 0,3
41 29,3 28,7 -0,6 28,6 -0,1 28,9 0,3 28,4 -0,5
42 29,4 28,8 -0,6 28,6 -0,2 28,0 -0,6 28,3 0,3
43 29,5 29,0 -0,5 29,0 0 28,1 -0,9 28,3 0,2
44 29,4 29,2 -0,2 29,0 -0,2 28,3 -0,7 28,5 0,2
45 29,0 29,0 0 29,0 0 28,5 -0,5 28,8 0,3
122
46 28,7 28,7 0 28,7 0 28,1 -0,6 28,6 0,5
47 28,6 28,5 -0,1 28,5 0 27,4 -1,1 28,2 0,8
48 28,7 27,8 -0,9 27,4 -0,4 26,4 -1 27,6 1,2
49 28,6 28,1 -0,5 27,6 -0,5 26,4 -1,2 26,6 0,2
50 28,2 28,2 0 27,7 -0,5 26,9 -0,8 26,5 -0,4
51 28,1 28,1 0 27,4 -0,7 26,7 -0,7 26,5 -0,2
52 28,4 28,4 0 27,0 -1,4 26,6 -0,4 26,3 -0,3
53 28,7 28,5 -0,2 27,2 -1,3 26,7 -0,5 26,1 -0,6
54 28,5 28,2 -0,3 27,6 -0,6 27,2 -0,4 26,2 -1
55 29,0 28,5 -0,5 27,7 -0,8 26,7 -1 26,7 0
56 28,4 27,7 -0,7 27,2 -0,5 26,5 -0,7
57 27,6 27,7 0,1
Méd. 28,80 28,42 -0,38 27,89 -0,53 27,15 -0,74 27,39 0,24
Min. 27,9 27,5 25,4 22,5 26,1
Max. 29,9 29,4
29,0
28,9
28,8
Taxa Corrosão
(mm/ano)
0,38 0,53 0,74 -
123
ANEXO B
Representação esquemática do digestor VI da empresa Iguaçu Celulose,
Papel S.A. – Piraí do Sul.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
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