INVESTIGAÇÃO SOBRE A RESISTÊNCIA À CORROSÃO DE AÇO CARBONO LAMINADO A FRIO REVESTIDO COM ÓLEO PROTETIVO

Autores

Martins, T.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Gomes, B.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Ferreira, E.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE)

Resumo

A proteção contra corrosão em aços carbono não revestidos é essencial nos processos siderúrgicos. Esta proteção pode se dar através da composição química do material, adicionando componentes como cromo e níquel ou também aplicando uma proteção superficial ao produto. Trata-se de um desafio contínuo, visto que deve ser bem padronizado para evitar que o produto alcance o cliente final com corrosão. O objetivo do trabalho foi avaliar a proteção contra à corrosão de um aço carbono, comparando o efeito da adição do óleo protetivo de uso industrial. Foram realizadas caracterizações químicas do óleo por espectroscopia na região infravermelho. Os ensaios de corrosão foram realizados a partir das medidas de potenciais em circuito aberto (OCP) e de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS).

Palavras chaves

aço carbono; corrosão; eletroquímica

Introdução

No ramo de engenharia industrial, construção civil e até mesmo em campos militares o aço carbono desempenha um papel vital, devido as suas excelentes propriedades físicas e mecânicas. Um dos principais problemas que afeta os aços carbonos, principalmente quando expostos a ambientes agressivos como decapagem ácida, descalcificação e ambientes com cloretos é a corrosão. (WANG, , et al., 2019) A corrosão ocasiona a degradação das propriedades de um metal através da reação eletroquímica com o meio ambiente, ocasionando sua oxidação eletroquímica. De acordo com a Associação Nacional dos Engenheiros de Corrosão os gastos mundiais com corrosão, no ano de 2012, superaram a marca de 2,2 trilhões de dólares por ano, o que representou cerca de 3,0% do (PIB) Produto Interno Bruto mundial para aquele ano. Saliente-se que a implementação das melhores práticas de prevenção da corrosão pode economizar algo em torno de 20 a 25% dos seus custos. (SALES, SOUSA e MEDEIROS, 2020) Entre os vários métodos disponíveis para proteção temporária de metais, retardando a corrosão estão os inibidores voláteis de corrosão (VCI’s - volatile corrosion inhibitors) (TEIXEIRA, VALENTE JR, et al., 2015), (VALENTE JR, TEIXEIRA, et al., 2017) e (VALENTE JR., GONÇALVES, et al., 2020) e os fluidos/ óleos protetivos . Os últimos são amplamente utilizados para fornecer proteção temporária durante os processos de fabricação, armazenamento e expedição de chapas de aços (TANG, 2019). Os fluidos/óleos protetivos são formulados contendo um produto base, formadores de filme e outros aditivos, podendo ser a base de água, de solvente, e/ou de base oleosa, e ser de compostos orgânicos ou inorgânicos. Os compostos inorgânicos são normalmente nitritos, nitratos, cromatos, dicromatos e amplamente utilizados em diferentes fluidos-base. Por outro lado, os fluidos orgânicos são compostos contendo um ou mais grupos polares que são capazes de evitar a corrosão devido à característica de formar uma barreira de adsorção na superfície do metal. Por conseguinte, os inibidores orgânicos incluem sulfonatos, ésteres, aminas, amidas, sais de amina, fosfatos, polímeros e produtos naturais (TANG, 2019). A adsorção dos inibidores orgânicos sobre a superfície do metal ocorre através da terminação polar, enquanto a cauda não polar, é orientada em direção vertical à superfície do metal, formando uma barreira protetora para evitar o ataque ao metal base. A fisissorção de moléculas de hidrocarbonetos da base pela cauda não polar das moléculas inibidoras adsorvidas, pode aumentar tanto a espessura como a eficácia da barreira hidrofóbica à corrosão (TANG, 2019). O óleo protetivo utilizado no trabalho é do tipo de base oleosa através do óleo mineral, com composto principal do sulfonato de petróleo e estão na classe dos revestimentos protetivos temporários contra corrosão. Os revestimentos protetivos temporários (TPC’s) contêm inibidores, antioxidantes e óleos matriz. Os protetivos de prevenção de ferrugem usados na maioria das chapas de aço são soluções de inibidoras (< 5%) e antioxidantes (< 5%) em óleo de petróleo. As composições com sulfonato de petróleo vêm ganhando aceitação mais ampla na formulação de revestimentos que previnam a formação de ferrugem nas peças expostas à atmosfera corrosiva. Segundo (GHANBARZADEH e AKBARINEZHAD, 2006) , os sulfonatos a base de cálcio e sódio são excelentes inibidores de corrosão, nos quais podem ser utilizados em composições com óleo mineral nos TPC’s. As atmosferas contendo íons cloreto são bem contaminantes e, em se tratando de aços carbonos, com ligas tradicionais sem elementos que auxiliam na proteção, a ocorrência de corrosão pode ser ainda mais severa. O ferro se oxida para formar íons ferrosos (Fe2+) e férricos (Fe3+) e liberar elétrons. Esses íons metálicos reagem com íons cloreto para formar íons intermediários, que por sua vez reagem com água para produzir ácido clorídrico altamente solúvel e produtos de corrosão como hidróxidos de ferro ([Fe(OH)2] e [Fe(OH)3]) . (VERMA, EBENSO e QURAISHI, 2017) Na indústria, a solução encontrada para proteger os aços carbono sem revestimento é a aplicação de película de óleo protetivo após a laminação de encruamento e antes da embalagem final, usando equipamentos próprios para garantir a faixa de gramatura solicitada pelo cliente. A aplicação adequada dessa camada protetiva é de extrema importância tanto para o fornecedor do material quanto para o cliente, pois envolve elevação do custo da fabricação do material em caso de excessos durante a aplicação e perdas de material com corrosão devido à aplicação insuficiente ou inadequada. (TANG, 2019) Os clientes de aço carbono solicitam o tipo e a faixa de gramatura de óleo protetivo utilizado na ordem de venda do material. No presente trabalho foi proposto investigar a proteção contra corrosão oferecida pelo protetivo temporário, aplicado sobre aço carbono a fim de definir parâmetros de controle, evitar perdas e minimizar os custos na cadeia produtiva

Material e métodos

2.1 PREPARAÇÃO DO ÓLEO PROTETIVO O óleo protetivo temporário utilizado nos ensaios foi de base oleosa com viscosidade na faixa de 31 CsT e densidade de 0,916 g/cm3. Ele é utilizado normalmente em escala industrial, à base de sulfonato de petróleo e de aditivos antioxidantes. 2.2 PREPARAÇÃO DA AMOSTRA DE AÇO CARBONO As amostras de aço carbono utilizadas nos ensaios, norma SAE 1006 são destinadas a usos gerais, e foram preparadas em laboratório com a dimensão específica para os ensaios s eletroquímicos. Para a verificação da gramatura das amostras foi utilizada uma balança analítica de precisão da marca Mettler Toledo, modelo AB 204. 2.3 SOLUÇÃO DE TESTE A solução utilizada nos ensaios eletroquímicos foi preparada, com concentração de 0,1 mol L-1 de NaCl e com pH igual a 6,25 a 25°C, com reagente de grau analítico (P.A.) e água deionizada ultrapura (17,3 MΩ cm). 2.4 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURIER As amostras foram analisadas por espectroscópica na região infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), utilizando o espectrômetro da PerkinElmer. 2.5 POTENCIAL EM CIRCUITO ABERTO (OCP) Para determinação do valor de OCP foi utilizado um potenciostato da marca Princeton Applied Research, modelo VersaStat 3, software VersaStudio e uma célula eletroquímica composta do eletrodo de trabalho (amostra do material estudado), eletrodo de referência de Ag|AgCl saturado com KCl ligado à solução através de um capilar de Luggin e um contra eletrodo de platina, com capacidade de 100 ml. As amostras analisadas foram cortadas na dimensão de 10 x 6 cm e revestidas com óleo protetivo na gramatura de 1,0 g/m² aplicados em laboratório com 48 h de cura. Para a conferência da gramatura, utilizou-se uma balança de precisão da marca Metler Toledo, modelo AB 204. Os ensaios para determinação do OCP foram realizados a 25°C, em solução de NaCl 0,1 mol L-1. O eletrodo de trabalho, acoplado na parte posterior da célula eletroquímica, permaneceu em contato com o eletrólito em uma área de 20 cm2, delimitada pelo O ‘Ring da célula. 2.6 ESPECTROSCOPIA DE IMPEDÂNCIA ELETROQUÍMICA (EIS) Estes ensaios foram realizados em continuidade ao ensaio de OCP com as mesmas amostras na gramatura citada após sua estabilidade dos OCP’s, e realizado também com uma amostra isenta de óleo protetivo. Os diagramas de impedância eletroquímica das amostras de aço carbono com e sem óleo protetivo foram obtidos aplicando-se um potencial AC de 10 mV, e um potencial DC igual ao do OCP. A faixa de frequência utilizada foi de 10 kHz a 10 mHz, registrando 10 pontos por década de frequência a 25°C, durante 24 horas.

Resultado e discussão

3.1 ANÁLISE DE ESPECTROSCOPIA NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO (FTIR) A figura abaixo apresenta o espectro de FT-IR do óleo protetivo aplicado sobre as amostras de aço laminadas a frio. (Figura espectro de FTIR) De acordo com (BARBOSA, 2011) a banda na frequência ao redor de 3000 cm-1 é atribuída ao estiramento de grupos -CH2, em 1500 cm-1 ao estiramento de grupos - CH3 e em 650 cm-1 ao estiramento de grupos -CH. Já as bandas entre 1460 e 1375 cm-1 são atribuídas as absorções de dobramentos dos grupos metileno e metila. Já para a banda próxima a 1.140 a 1.200 cm-1, esta pode ser atribuída ao grupamento SO2 (sulfona) que são característicos de óleos. As bandas próximas a 1750 cm-1 são atribuídas a carbonila de éster. 3.2 ENSAIOS DE POTENCIAL EM CIRCUITO ABERTO (OCP) Na figura são apresentados os resultados de OCP, em função do tempo, das amostras revestidas e não revestidas com óleo O potencial de corrosão encontrado para a amostra de aço SAE 1006 sem protetivo, quando imerso em solução de NaCl a 0,1 mol L-1 depois de 30 min foi de -0,639 V. Para a outra condição, qual seja, com a amostra com óleo protetivo o potencial foi de -0,402 V. De acordo com a literatura o valor de potencial típico para aços expostos a água do mar é de aproximadamente -0,650 V (VERGÉS, 2005), portanto o resultado encontrado neste trabalho para o aço não revestido está de acordo com o da literatura. Podem ser observados também, ao longo de todo o período de imersão, valores de potenciais mais altos para a amostra revestida com o óleo, o que demonstra a existência do efeito protetivo deste material. 3.3 ENSAIOS DE ESPECTROSCOPIA DE IMPEDÂNCIA ELETROQUÍMICA (EIS) Nas Figuras 2 e 3 são mostrados os resultados de EIS dos aços sem e com a presença de óleo protetivo, respectivamente. Na Figura 2 pode ser observado, em 2h de imersão da amostra na solução contendo NaCl 0,1 mol L-1, apenas um semicírculo resistivo-capacitivo, porém, após 2 h, foi observado para todas os outros tempos, além do semicírculo, uma resposta indutiva-resistiva a baixas frequências. Pode ser observado também que o diâmetro do semicírculo resistivo-capacitivo tende a diminuir com o tempo indicando uma diminuição da resistência à corrosão do aço com o tempo. Na Figura 3, em 2 h, também foi observado apenas um semicírculo resistivo- capacitivo. Assim como o aço sem a presença de óleo, após 2 h, foi observada para todos os outros tempos, além do semicírculo, uma resposta indutiva- resistiva a baixas frequências. Pode ser observada também uma diminuição da resistência à corrosão do aço com o tempo. Em todo o intervalo de tempo em que aço sem e com óleo estiveram imersos em solução, foi observado que o aço revestido com óleo apresentou resistência à corrosão maior que o não revestido (Figuras 2A, 2B, 3A e 3B). (Figura Diagramas de Nyquist) Nas Figuras 3A e 3B observa-se nos diagramas de Nyquist que as repostas resistivo-capacitivas do aço revestido com óleo protetivo, nas diferentes frequências estudadas, praticamente não se alteraram com o tempo de imersão. Observa-se também um único arco resistivo-capacitivo no diagrama podendo estar associado à presença de uma única constante de tempo, sendo que a amostra oleada e com 2h de imersão em solução no potencial em circuito aberto apresentou maior valor de resistência de transferência de carga em baixas frequências. O valor da resistência diminui em 4 horas de imersão, porém, o valor de resistência à polarização é bem superior à da amostra sem protetivo. Estes arcos obtidos nos diferentes tempos de imersão da amostra, apresentam diâmetros superiores aos das amostras sem óleo. Estes resultados indicam que a inclusão do óleo protetivo aumenta a proteção contra corrosão do aço carbono.

Espectro do óleo protetivo na região do infravermelho.


Diagramas de Nyquist para os sistemas de amostras sem e com óleo protetivo em solução de NaCl 0,1 mol L-1 em função do tempo

Conclusões

O resultado de OCP em função do tempo encontrados para a amostra de aço norma SAE 1006 sem protetivo, quando imerso em solução de NaCl a 0,1 mol L-1 depois de 30 min foi de -0,639 V. Para a outra condição, qual seja, a amostra revestida com óleo o potencial em circuito aberto foi de -0,402 V. Estes resultados mostram que a presença o óleo protetivo aplicado sobre a amostra de aço laminada a frio proporciona uma maior resistência à corrosão. Estes resultados são coerentes com os obtidos por EIS onde foi observado também que o aço revestido com óleo protetivo apresentou resistência à corrosão superior ao da amostra sem protetivo e em solução salina. Os ensaios de EIS mostraram ser viáveis para análises das amostras de material laminadas a frio, uma vez que os resultados foram coerentes com os de outras técnicas. A técnica de EIS pode ser bastante útil na homologação de novos fornecedores de óleo protetivo para utilização industrial, servindo também como parâmetro de processo. Com a utilização das diferentes técnicas utilizadas, pode-se concluir que a presença do protetivo temporário proporcionou uma melhor resistência à corrosão do material.

Agradecimentos

À UFF pela estrutura oferecida, e a todos os professores do curso para a realização deste trabalho. Ao apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.

Referências

BARBOSA, Luiz C. D. A. Espectroscopia no infravermelho na caracterização de compostos orgânicos. 1ª. ed.

GHANBARZADEH, A.; AKBARINEZHAD, E.. Sulfonation of base oils as corrosion inhibitor for temporary protection of steel in atmospheric environment. Progress in Organic Coatings, p. 39-45, Janeiro 2006.

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