Erosão por Fissura em Aço: Causas, Detecção e Estratégias de Prevenção

Definição e Conceito Básico

A erosão por fenda é uma forma localizada de corrosão que ocorre em espaços estreitos e confinados ou fendas nas superfícies de aço, levando à degradação do material ao longo do tempo. Manifesta-se como a remoção seletiva de metal em áreas protegidas do ambiente externo, resultando frequentemente em picotamento ou cavidades de corrosão profundas. Este fenômeno é significativo no controle de qualidade do aço porque pode comprometer a integridade estrutural, durabilidade e vida útil dos componentes de aço, especialmente em ambientes agressivos.

Dentro do quadro mais amplo da garantia de qualidade do aço, a erosão por fenda é considerada uma forma crítica de teste e avaliação de corrosão. É frequentemente usada como um indicador da suscetibilidade de um material à corrosão localizada, que pode ser mais insidiosa do que a corrosão uniforme. Detectar e entender a erosão por fenda ajuda na seleção de graus de aço apropriados, no projeto de estruturas resistentes à corrosão e no estabelecimento de protocolos de manutenção para prevenir falhas catastróficas.

Natureza Física e Fundação Metalúrgica

Manifestação Física

No nível macro, a erosão por fenda aparece como pequenos buracos ou cavidades, muitas vezes mal visíveis, na superfície do aço, tipicamente localizados em juntas, soldas, furos de fixação ou áreas onde depósitos de superfície ou filmes protetores estão comprometidos. Esses buracos podem ser profundos e estreitos, assemelhando-se a pequenos túneis ou canais. Sob exame microscópico, as zonas de corrosão por fenda mostram ataque localizado caracterizado por produtos de corrosão, como ferrugem ou óxidos, acumulando-se dentro da fenda.

Características típicas incluem uma diferença distinta na morfologia da corrosão entre a área da fenda e a superfície metálica circundante. As zonas afetadas frequentemente exibem rugosidade superficial irregular, com picotamento visível ou cavidades semelhantes a túneis. Os produtos de corrosão dentro dessas fendas tendem a ser volumosos e podem conter cloretos, sulfatos ou outros íons agressivos, dependendo do ambiente.

Mecanismo Metalúrgico

A erosão por fenda é impulsionada principalmente pela aeração diferencial e pelos efeitos de célula de concentração em espaços confinados. Quando uma fenda se forma — devido a irregularidades na superfície, lacunas de montagem ou depósitos — a difusão de oxigênio é limitada dentro da fenda em comparação com o ambiente externo. Essa depleção de oxigênio faz com que o interior se torne mais anódico, levando à dissolução do metal.

Microestruturalmente, o processo envolve reações eletroquímicas localizadas onde átomos de metal se oxidam e se dissolvem no ambiente circundante. A microestrutura influencia a suscetibilidade; por exemplo, áreas com altas tensões residuais, microvazios ou inclusões podem atuar como locais de iniciação. Elementos de liga como cromo, molibdênio e níquel podem aumentar a resistência formando filmes passivos estáveis, mas sua eficácia diminui dentro das fendas.

O processo é ainda afetado por fatores ambientais como íons cloreto, que penetram na fenda e desestabilizam filmes passivos, acelerando a corrosão. Condições de processamento, como soldagem, tratamento térmico e acabamento de superfície, influenciam as características microestruturais que promovem ou inibem a formação de fendas.

Sistema de Classificação

A erosão por fenda é classificada com base na severidade e extensão da corrosão, frequentemente seguindo normas como ASTM G48 ou ISO 10289. As classificações incluem:

• Classe 1 (Mínima): Picotamento leve ou rugosidade superficial, sem perda de material significativa.
• Classe 2 (Moderada): Buracos notáveis com alguma profundidade, afinamento localizado.
• Classe 3 (Severa): Ataque profundo por fenda, perda significativa de material, potencial comprometimento estrutural.

Em aplicações práticas, essas classificações orientam critérios de aceitação, decisões de reparo e cronogramas de manutenção. Por exemplo, um componente que exibe corrosão por fenda Classe 3 pode exigir substituição ou reparo extenso, enquanto Classe 1 pode ser considerado aceitável para serviço contínuo.

Métodos de Detecção e Medição

Técnicas de Detecção Primárias

Os métodos primários para detectar erosão por fenda incluem inspeção visual, microscopia, testes eletroquímicos e avaliação não destrutiva (NDE).

A inspeção visual envolve examinar superfícies acessíveis em busca de buracos ou descoloração indicativa de corrosão. A microscopia óptica, incluindo microscopia eletrônica de varredura (SEM), fornece imagens detalhadas da superfície revelando micro-buracos e produtos de corrosão dentro das fendas. Técnicas eletroquímicas, como polarização potentiodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), avaliam a suscetibilidade à corrosão localizada medindo respostas de corrente sob potenciais controlados.

Métodos de NDE, como teste ultrassônico, radiografia ou teste de corrente de Foucault, podem detectar corrosão por fenda subsuperficial ou oculta, especialmente em componentes soldados ou montados. Essas técnicas dependem de diferenças na densidade do material, condutividade ou impedância acústica causadas por produtos de corrosão ou afinamento do material.

Padrões e Procedimentos de Teste

Os padrões relevantes incluem ASTM G48 (Método de Teste Padrão para Resistência à Corrosão por Picotamento e Fenda de Aços Inoxidáveis e Ligas Relacionadas), ISO 10289 e EN 10289. O procedimento típico envolve:

• Preparar espécimes de teste com características representativas de formação de fenda, como formadores de fenda ou lacunas de montagem.
• Limpar os espécimes para remover contaminantes de superfície.
• Imersão dos espécimes em uma solução corrosiva, frequentemente ambientes ricos em cloreto, como 3,5% de NaCl, a uma temperatura controlada.
• Aplicar medições eletroquímicas, como varreduras de polarização, para avaliar a suscetibilidade.
• Monitorar a iniciação de picotamento, ataque por fenda ou mudanças nos parâmetros eletroquímicos ao longo do tempo.

Os parâmetros críticos incluem composição da solução, temperatura, duração da imersão e taxas de varredura de potencial. Esses fatores influenciam a sensibilidade e reprodutibilidade do teste.

Requisitos de Amostra

As amostras devem ser preparadas com acabamentos de superfície padronizados, tipicamente polidos a uma rugosidade especificada, e incluir características formadoras de fenda, como juntas, inserções ou formadores de fenda. O condicionamento da superfície garante condições de exposição consistentes e reduz a variabilidade.

A seleção de amostras representativas é vital; os espécimes devem imitar as condições reais de serviço, incluindo geometria, composição da liga e tratamentos de superfície. Um design adequado do espécime melhora a validade e comparabilidade do teste.

Precisão da Medição

A precisão da medição depende da calibração do equipamento, habilidade do operador e estabilidade ambiental. A repetibilidade é alcançada por meio de procedimentos padronizados e condições de teste controladas. A reprodutibilidade entre diferentes laboratórios requer adesão a padrões internacionais.

As fontes de erro incluem contaminação da superfície, preparação inconsistente do espécime e flutuações ambientais. Para garantir a qualidade da medição, recomenda-se calibração com padrões certificados, múltiplas réplicas e análise estatística.

Quantificação e Análise de Dados

Unidades e Escalas de Medição

A severidade da erosão por fenda é quantificada por parâmetros como:

• Profundidade do buraco: medida em micrômetros (μm) ou milímetros (mm).
• Densidade de picotamento: número de buracos por unidade de área (por exemplo, buracos/cm²).
• Taxa de corrosão: expressa em micrômetros por ano (μm/y) ou milímetros por ano (mm/y), calculada a partir da perda de peso ou profundidade do buraco ao longo do tempo.
• Parâmetros eletroquímicos: potencial de corrosão $E_corr$, potencial de picotamento $E_pit$ e valores de impedância (ohms).

Matematicamente,