Corrosão em Aço: Causas, Detecção e Impacto no Controle de Qualidade

Definição e Conceito Básico

Furos são uma forma localizada de corrosão caracterizada pela formação de pequenas, muitas vezes profundas, cavidades ou buracos na superfície de materiais de aço. Manifesta-se como furos microscópicos ou macroscópicos que penetram a superfície, comprometendo a integridade do componente de aço. Este defeito é significativo no controle de qualidade do aço porque pode levar a falhas prematuras, especialmente sob condições de estresse ou carregamento cíclico.

No contexto mais amplo da garantia de qualidade do aço, os furos são considerados uma forma crítica de dano por corrosão que pode minar a durabilidade e a segurança de estruturas e componentes de aço. Muitas vezes está associado à resistência à corrosão, limpeza da superfície e exposição ambiental. Detectar e controlar os furos é essencial para garantir a longevidade e a confiabilidade dos produtos de aço, particularmente em ambientes agressivos, como marinhos, químicos ou industriais.

Natureza Física e Fundação Metalúrgica

Manifestação Física

No nível macro, os furos aparecem como pequenos buracos, muitas vezes arredondados ou de forma irregular, na superfície do aço, que podem ser visíveis a olho nu ou sob baixa ampliação. Esses furos podem variar em tamanho de alguns micrômetros a vários milímetros de diâmetro. Eles são tipicamente localizados, com alta densidade em certas áreas, e podem ser acompanhados por descoloração ou rugosidade da superfície.

Microscopicamente, os furos se manifestam como cavidades profundas que penetram o filme passivo ou a camada de óxido superficial, expondo o metal subjacente. Sob ampliação, os furos frequentemente exibem uma morfologia característica com bordas lisas ou irregulares e, às vezes, contêm produtos de corrosão ou detritos. A profundidade e a forma dos furos dependem da severidade e duração da atividade de corrosão, bem como da microestrutura e do ambiente do aço.

Mecanismo Metalúrgico

A corrosão por furos é iniciada principalmente pela quebra do filme passivo—uma fina camada de óxido protetora que se forma naturalmente nas superfícies de aço. Essa quebra pode ser causada por condições químicas ou eletroquímicas localizadas, como íons de cloreto, flutuações de pH ou danos mecânicos.

Uma vez que o filme passivo é comprometido em um local específico, uma área anódica localizada se forma, onde ocorre a dissolução do metal. As áreas circundantes permanecem passivas, criando uma célula galvânica que sustenta o processo de corrosão dentro do furo. Microestruturalmente, regiões com altas concentrações de impurezas, inclusões ou heterogeneidades microestruturais, como limites de grão, são mais suscetíveis à iniciação de furos.

A composição do aço influencia a suscetibilidade a furos; por exemplo, altos níveis de cloretos ou cloretos combinados com certos elementos de liga, como cromo ou molibdênio, podem promover ou inibir a formação de furos. As condições de processamento, como acabamento de superfície, tensões residuais e tratamentos térmicos, também afetam as características microestruturais que governam o comportamento dos furos.

Sistema de Classificação

Os furos são classificados com base na severidade, profundidade e extensão. Os critérios de classificação comuns incluem:

• Densidade de Furos: número de furos por unidade de área (por exemplo, furos/cm²).
• Profundidade dos Furos: medida via microscopia ou testes não destrutivos, categorizada como rasa (<10 μm), moderada (10–50 μm) ou profunda (>50 μm).
• Severidade dos Furos: classificada como leve, moderada ou severa, com base no tamanho, profundidade e distribuição.

Padrões como ASTM G46 ou ISO 10289 fornecem diretrizes para classificar a severidade dos furos, que ajudam a determinar os limites de aceitabilidade para diferentes aplicações. Por exemplo, um componente com furos rasos isolados pode ser aceitável, enquanto furos profundos generalizados podem exigir rejeição ou ação corretiva.

Métodos de Detecção e Medição

Técnicas de Detecção Primárias

Os principais métodos para detectar furos incluem inspeção visual, microscopia óptica e técnicas avançadas de testes não destrutivos (NDT).

• Inspeção Visual: Adequada para furos macro, especialmente após limpeza ou ataque da superfície. Envolve examinar a superfície sob iluminação e ampliação adequadas.
• Microscopia Óptica: Fornece imagens detalhadas da superfície em ampliações de até 1000x, permitindo a identificação de micro-furos e sua morfologia.
• Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM): Oferece imagens de alta resolução dos furos, revelando características microestruturais e produtos de corrosão.
• Métodos Eletroquímicos: Técnicas como polarização potenciostática ou potentiodinâmica podem detectar a suscetibilidade à corrosão localizada medindo respostas de corrente indicativas da tendência a furos.
• Perfilometria de Superfície: Quantifica a profundidade e o volume dos furos usando perfilômetros a laser ou de contato.

Padrões e Procedimentos de Teste

Padrões relevantes incluem ASTM G46 ("Prática Padrão para Exame de Materiais Metálicos para Corrosão por Furos") e ISO 10289 ("Corrosão de metais—Corrosão por furos—Detecção e medição").

O procedimento típico envolve:

1. Limpeza da superfície para remover produtos de corrosão soltos e contaminantes.
2. Atacamento da superfície, se necessário, para aumentar a visibilidade dos furos.
3. Exame visual ou microscópico sob condições de iluminação padronizadas.
4. Medida das dimensões dos furos usando ferramentas calibradas ou software de imagem.
5. Registro do número, tamanho e distribuição dos furos.

Parâmetros críticos incluem o nível de ampliação, iluminação e calibração de medição, que influenciam a sensibilidade e precisão da detecção.

Requisitos de Amostra

As amostras devem ser representativas do lote de produção, com condições de superfície consistentes entre os espécimes. A preparação da superfície envolve limpeza com solventes ou abrasivos leves para remover graxa, sujeira e produtos de corrosão soltos.

Para análise microestrutural, as amostras são frequentemente polidas e atacadas para revelar características microestruturais que influenciam a suscetibilidade a furos. A superfície deve estar livre de arranhões ou danos que possam obscurecer os furos ou induzir corrosão artificialmente.

O tamanho e a forma da amostra dependem do método de teste; por exemplo, cupons ou seções de dimensões padronizadas são usados para testes eletroquímicos, enquanto amostras planas polidas são típicas para microscopia.

Precisão da Medição

A precisão da medição depende da resolução do equipamento de imagem ou medição. A reprodutibilidade é aprimorada por meio de procedimentos padronizados, calibração e treinamento de operadores.

Fontes de erro incluem contaminação da superfície, ataque desigual ou iluminação inconsistente. Para garantir a qualidade da medição, múltiplas medições são realizadas e uma análise estatística é realizada para avaliar a variabilidade.

A calibração regular de microscópios, perfilômetros e instrumentos eletroquímicos é essencial. A implementação de protocolos de controle de qualidade, como testes duplicados e comparações entre operadores, ajuda a manter a confiabilidade da medição.

Quantificação e Análise de Dados

Unidades e Escalas de Medição

Os furos são quantificados usando unidades como:

• Número de furos por unidade de área (furos/cm² ou furos/in²).
• Profundidade média dos furos (micrômetros, μm).
• Profundidade máxima dos furos (μm).
• Fator de furos: razão da profundidade do furo mais profundo à penetração média de corrosão uniforme (frequentemente usado em avaliações de taxa de corrosão).

Matematicamente, a densidade de furos (D) pode ser expressa como:

$$D =