CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO DE DECAPAGEM E DE PASSIVAÇÃO E APLICAÇÃO DE PINTURA EM AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO

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1 CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO DE DECAPAGEM E DE PASSIVAÇÃO E APLICAÇÃO DE PINTURA EM AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO Marli Ohba João Carlos Lazarini RHODIA DO BRASIL LTDA Davi Dianes RHODIA INC 6 COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 22 CONBRASCORR Congresso Brasileiro de Corrosão Salvador - Bahia 19 a 21 de agosto de As informações o opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade dos autores.

2 SINOPSE É ampla a utilização de aços inoxidáveis dentro de uma indústria química e o seu bom desempenho, com relação à resistência à corrosão, está ligado, dentre outros fatores, às condições de sua superfície. Neste trabalho, são abordados critérios de avaliação de decapagem, de passivação e a aplicação de pintura de aços inoxidáveis as quais estão diretamente ligadas às condições de superfície do aço. Com relação à decapagem e passivação, corpos -de-prova de aço inoxidável foram tratados em dez diferentes decapantes e em oito diferentes passiva ntes e a avaliação desses produtos foi realizada através de exames visuais, ensaios acelerados de corrosão e ensaios eletroquímicos. A vantagem da realização de ensaios eletroquímicos é que se pôde conhecer o decapante/passivante com melhor eficiência em curto espaço de tempo. Com relação à aplicação de pintura em aço inoxidável, a mesma tem feito parte dos procedimentos convencionais de manutenção da Rhodia constituindo uma boa prática para evitar a ocorrência de alguns tipos de corrosão, notadamente a corrosãosob-tensão, através da criação de uma barreira que impede a ação de agentes agressivos, como os íons cloretos. Os tipos de aplicações desta prática são apresentados neste trabalho. Palavras-chaves: passivação, decapagem, pintura, curvas de polarização

3 1. INTRODUÇÃO 1.1 Decapagem e passivação Nas indústrias químicas em geral, os aços inoxidáveis são largamente empregados, especialmente os austeníticos dos tipos AISI 304, AISI 304 L, AISI 316 e AISI 316 L. Tais aços aliam a boa resistência mecânica, necessária para construção dos equipamentos e/ou instalações, à boa resistência à corrosão. A resistência à corrosão dos aços inoxidáveis é devida à formação de uma fina camada protetora na presença de oxidantes (normalmente o oxigênio), fenômeno conhecido como passivação. Esta fina camada é formada por óxidos de cromo hidratados de natureza contínua, insolúvel e não-porosa e atua como uma barreira entre o metal e o meio, conferindo proteção ao metal e, conseqüentemente, evitando a sua corrosão. A pa ssivação dos aços inoxidáveis ocorre em condições específicas e depende de vários fatores, como, por exemplo, da composição química da liga, condições de sua superfície e natureza do meio. As condições propícias para uma boa passivação são aquelas em que a superfície da liga está isenta de qualquer contaminação e o meio de exposição é oxidante. Assim, uma superfície metálica limpa, sem produtos de corrosão, sujidades, carepas de oxidação é condição primordial para que ocorra o fenômeno da passivação. Peças e equipamentos fabricados em aço inoxidável, principalmente os soldados, geralmente apresentam o estado da superfície alterado pela presença de carepas ou óxidos formados devido às altas temperaturas atingidas durante os processos de soldagem, o que pode prejudicar a resistência à corrosão desses aços. Neste sentido, para se obter superfícies limpas, é necessária a realização de um processo de decapagem, por exemplo, com o emprego de substâncias ácidas que promovam a remoção das carepas e produtos de corr osão (e demais sujidades). Além de promover a limpeza da superfície metálica, alguns produtos decapantes possuem, na sua composição, substâncias que favorecem a formação da camada de passivação de maneira mais acelerada e controlada do que a naturalmente obtida com a exposição da superfície metálica decapada a um meio oxidante (a própria atmosfera, por exemplo). A eficiência da decapagem e passivação do aço inoxidável é um item importante e foi avaliada através dos seguintes exames e ensaios: exames visuais; ensaios acelerados de corrosão em câmara de névoa salina; ensaios eletroquímicos. Através dos dois ensaios em referência, a avaliação da eficiência não pode ser realizada de uma maneira direta, ou seja, não há uma correlação direta entre a eficiência da decapagem/passivação e a resistência à corrosão do aço; porém, os resultados são voltados para comparação da eficiência de um produto para o outro utilizado para decapagem/passivação, como será visto no item 3.

4 1.2 Pintura anti-corrosiva em aço inoxidá vel A aplicação de pintura anti-corrosiva em aço inoxidável das indústrias da Rhodia tem sido adotada e faz parte dos procedimentos convencionais de manutenção de alguns dos equipamentos das empresas, principalmente naqueles que possuem isolamento térmico. Isto porque a ocorrência de corrosão nesses equipamentos, especialmente a corrosão-sob-tensão, deve ser levada em consideração. A corrosão-sob-tensão foi o tipo de corrosão mais freqüentemente encontrado nas indústrias da Rhodia do Brasil entre os anos de 1989 até o ano 2000, conforme se observa na Figura 1 em que é mostrado um gráfico dos tipos de falhas causados por corrosão (1). Pode-se afirmar, de uma maneira simplificada, que para que a corrosão-sob-tensão se manifeste, são necessários pelo menos três condições e que devem atuar concomitantemente, ou seja, basta a inexistência de uma delas para que o processo não ocorra. Para os aços inoxidáveis, essas condições estão descritas a seguir: presença de tensões de tração aplicadas (durante serviço) ou residuais (fabricação); temperatura - é necessária uma temperatura superior a 60 C. Existem casos relatados em literatura deste tipo de corrosão manifestado em temperatura ambiente, mas é muito raro; presença de elementos agressivos - entre eles, o mais agressivo para os aços inoxidáveis é o íon cloreto que pode ter as seguintes procedências dentro de uma indústria química: - atmosfera: normalmente em regiões próximas ao mar ou nas plantas que manipulam ou são vizinhas daquelas que manipulam produtos geradores de cloretos; - decapagem e passivação: em muitas ocasiões, os equipamentos e acessórios são decapados e/ou passivados com produtos ou procedimentos que contêm halogênios. Se estes procedimentos não forem bem executados, poderão ser geradas condições que favoreçam o processo de corrosão-sob-tensão, por exemplo. Tais procedimentos serão discutidos neste trabalho; - isolamentos térmicos : os isolamentos térmicos, a base de silicato de cálcio, devem atender às especificações da Norma ASTM C-795 quanto ao teor de cloretos. Em referência aos isolamentos térmicos, mesmo atendendo às especificações, há a possibilidade de contaminação pela atmosfera e/ou a sua lixiviação, aumentando o teor de cloretos para níveis inaceitáveis. O projeto, instalação e manutenção dos isolamentos devem ser cuidadosamente analisados pelas equipes envolvidas. Cuidados especiais e simples devem ser adotados durante a fase de projeto de um equipamento sendo que a melhor maneira de se prevenir a corrosão sob isolamento térmico é não permitir o acesso de eletrólito, a própria água, tanto direta como indiretamente por capilaridade/lixiviação no isolamento. Como dito anteriormente, em equipamentos que possuem isolamento térmico, é prática comum a adoção de pintura que deverá agir como uma barreira da superfície do aço impedindo a ação dos íons halogênios (especialmente os íons cloretos), e, assim, afastando a possibilidade de ocorrência de corrosão-sob-tensão. Para tanto, a película de tinta deve atender a algumas condições mínimas, a saber:

5 excelente aderência à superfície metálica; resistência à degradação na faixa de temperatura de trabalho; ausência de cloretos livres ou de outros halogênios após o tempo de cura; ausência de chumbo, cobre, zinco ou de outros elementos/compostos na formulação que possam causar fragilização por metal líquido, durante acidente de incêndio ou na soldagem do aço inoxidável. A NACE (National Association of Corrosion Engineers) (2) publicou um artigo sobre o estado da arte relatando as práticas de pintura normalmente aceitas. Esta publicação, além de outras literaturas consultadas, foram tomadas como referência pela equipe de Materiais e Corrosão da Rhodia para elaboração de um guia prático para pintura do aço inoxidável austenítico, como será visto no item 5. A seguir, serão apresentados a metodologia adotada e resultados obtidos para o tópico decapagem e passivação e, posteriormente, o guia prático para pintura adotado na Rhodia para equipamentos de aço inoxidável. 2. AVALIAÇÃO DA DECAPAGEM E PASSIVAÇÃO - METODOLOGIA 2.1 Processos de decapagem e passivação Corpos-de-prova de aço inoxidável austenítico do tipo AISI 304 L foram submetidos aos processos de decapagem, utilizando-se dez diferentes produtos, e aos processos de passivação, utilizando-se oito diferentes produtos. Na Tabela 1, estão apresentados os dez processos de decapagem e os oito processos de passivação adotados. Com exceção dos dois primeiros processos de decapagem (D1 e D2), que foram realizados à temperatura de 50ºC, todos os demais processos de decapagem e de passivação foram realizados à temperatura ambiente. Os cinco primeiros processos de decapagem e os três primeiros processos de passivação foram realizados com imersão dos corpos-de-prova nos produtos obtidos a partir de reagentes de laboratório. Os demais processos de decapagem e passivação foram realizados a partir de produtos disponíveis no comércio e a aplicação foi conforme as recomendações dos respectivos fornecedores. 2.2 Critérios de avaliação dos processos de decapagem e de passivação Os processos de decapagem e passivação foram avaliados através dos seguintes exames/ensaios: exame visual: para avaliar a eficiência na remoção de sujidades, manchas e de carepas de oxidação provenientes de um processo de soldagem, foram extraídos corpos-de-prova retangulares medindo (20 mm x 40 mm), de amostra de chapa de aço inoxidável do tipo AISI 304L, sendo submetidos a processo de soldagem. Para tanto, foram utilizados eletrodos com deposição de metal de solda. Tais corpos-de-prova foram submetidos aos processos de decapagem constantes da Tabela 1 e fotografados; ensaio acelerado de corrosão em câmara de névoa salina: tal ensaio foi realizado apenas nos seguintes produtos: Pasta comercial 2, Gel comercial e Detergente comercial porque na ocasião da realização do ensaio, eram os produtos que apresentavam maior facilidade de aquisição além da facilidade no manuseio e no tratamento de efluente gerado. Corpos-de-prova retangulares

6 medindo (20 mm x 40 mm), submetidos aos três processos de passivação em questão (constantes da Tabela 1), foram expostos durante dez dias em câmara de névoa salina (segundo NBR 8094) objetivando avaliar o produto que melhor condição de passivação oferecia ao aço inoxidável; ensaios eletroquímicos: corpos-de-prova padrões para ensaios eletroquímicos (tipo pastilha) foram extraídos de amostra de tarugo de aço inoxidável do tipo AISI 304 L. As superfícies de tais corpos-de-prova foram lixadas até acabamento com lixa nº 600, para garantir a reprodutibilidade e, em seguida, foram conduzidos processos de decapagem ou passivação, conforme dados da Tabela 1. Após esta etapa, foram realizados os ensaios eletroquímicos nas seguintes condições: - tipo de polarização: potenciodinâmica; - eletrólito: solução de ácido sulfúrico 1 Normal com condição de não-aeração (através da injeção de gás nitrogênio); - eletrodo de referência: calomelano saturado; - temperatura 40 C; - equipamento: potenciostato da marca PAR, modelo 273; - tempo de estabilização do potencial de corrosão: 15 minutos. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Exame visual A título de ilustração, serão mostrados aspectos visuais referentes aos seguintes produtos: Pasta comercial 2 (Figura 2), Gel comercial (Figura 3) e Detergente comercial (Figura 4), ou seja, os mesmos produtos ensaiados em câmara de névoa salina. Cada Figura traz, à esquerda, um corpo-de-prova tal qual, ou seja, sem tratamento de decapagem para comparação. 3.2 Ensaio acelerado de corrosão em câmara de névoa salina Após dez dias de exposição em câmara de névoa salina, foi realizado um exame visual com relação ao eventual surgimento de manchas e/ou sinais de corrosão. Os corpos-de-prova tratados com a Pasta e o Detergente apresentaram manchas escuras ao passo que o Gel comercial propiciou uma condição de passivação mais eficiente, com a superfície perfeitamente limpa. 3.3 Ensaios eletroquímicos O critério adotado pela Equipe de Materiais e Corrosão para avaliar a eficiência da decapagem/passivação dos aços inoxidáveis, partindo-se de ensaios eletroquímicos, baseou-se na curva de polarização típica de metais passiváveis, como é o caso dos aços inoxidáveis, Figura 5 (3). No caso da avaliação da decapagem, quanto maior o trecho e a corrente correspondente à região ativa (I crit ), maior será a eficiência do processo. No caso da avaliação da passivação, quanto mais rapidamente for atingido o valor da corrente de passivação (Ip) e quanto menor for o seu valor, maior será a eficiência da passivação Ensaios eletroquímicos - decapagem Na Figura 6, estão apresentadas duas curvas de polarização. A curva à esquerda representa a condição de menor eficiência, na qual foi determinado o menor valor de densidade de corrente: 0,10 µa/cm 2 (processo de decapagem D-3, ver Tabela 1).

7 Nota-se que a curva obtida é típica de um metal em estado passivo (em potenciais mais catódicos que 0,9 V) sendo que a densidade de corrente encontrada refere-se ao próprio valor de densidade de corrente de passivação. A curva à direita representa a condição de maior eficiência de decapagem com o maior valor de densidade de corrente: 59,5 A/cm 2 (processo de decapagem D-8, Gel comercial). Nota-se que a partir de um certo valor de potencial (aproximadamente -0,27 V), ocorre diminuição de corrente, passando o metal à condição de passivação. Nos exames visuais, verificou-se que o Gel comercial oferecia a melhor condição de decapagem, de fato. Nos ensaios eletroquímicos, também se verificou que a ação decapante do Gel comercial era superior Ensaios eletroquímicos - passivação Na Figura 7, estão apresentadas duas curvas de polarização. A curva à esquerda representa a condição de menor eficiência, na qual foi verificado valor de densidade de corrente maior: cerca de 70 µa/cm 2 antes de se atingir condição de passivação em potenciais mais anódicos (processo de passivação P-10, Líquido passivante comercial, ver Tabela 1). A curva à direita representa a condição de maior eficiência de passivação com valor de densidade de corrente baixo, próximo a zero (processo de passivação P -1, ver Tabela 1). 4. CUIDADOS ESPECIAIS É necessário que se tomem cuidados quando se realizam processos de decapagem e passivação quanto à limpeza das peças após estes processos. As peças devem ser lavadas com água em abundância, principalmente em locais de frestas e descontinuidades, devido à presença de íons halogênios (como cloretos e fluoretos) nos produtos que podem levar à corrosão-sob-tensão. A água a ser utilizada deve ser desmineralizada e isenta de cloro. Quando da adoção de um determinado produto decapante/passivante, é também válido que se realize análise química quantitativa dos halogênios citados. Para o presente trabalho, foram submetidas à análise três produtos: Pasta comercial 2, Gel comercial e Detergente comercial. O teor de cloretos encontrado na Pasta comercial foi muito expressivo: 5,5% tendo sido descartada para utilização nas fábricas da Rhodia. Os demais produtos continham um teor de cloretos inferior a 100 ppm. 5. PINTURA EM AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO O guia prático para pintura adotado na Rhodia está apresentado na Tabela 2, tendo sido obtidos bons resultados até o momento, em aplicações efetuadas desde O pré-tratamento da superfície, bem como os cuidados necessários anterior à pintura, devem estar de acordo com o procedimento NACE T-6H-31. Cabe lembrar que uma vez definido o melhor esquema de pintura, é necessário que se verifique itens como preço, condições de cura e também garantir uma boa aplicação do revestimento. No tocante às condições de cura, cita-se um exemplo ocorrido na Rhodia em que a temperatura de operação de um equipamento estava dentro da faixa de temperatura recomendada para aplicação de pintura a base de silicone modificado. No entanto, a temperatura de cura da tinta era superior à faixa de temperatura de operação do

8 equipamento. Com este cenário, seria necessário primeiramente obter a cura da pintura do equipamento e só então instalá -lo para as condições de operação. Assim, uma situação ideal que seria promover a cura da pintura do equipamento durante a sua própria operação não seria viabilizada. Este fato fez com que se abandonasse a utilização do silicone modificado. 6. CONCLUSÃO Através de exames visuais, ensaios acelerados de corrosão e ensaios eletroquímicos, foi possível avaliar a eficiência de decapantes e passivantes aplicados sobre aço inoxidável do tipo AISI 304 L; com relação à aplicação de pintura, têm-se obtidos bons resultados em aplicações realizadas desde 1994, tanto em condições sob isolamento térmico como em regiões expostas e sujeitas à contaminação com íons cloretos. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) OHBA M; LAZARINI, J.C. Estudo de falhas por corrosão em equipamentos metálicos de indústria química. In: CONBRASCORR 21; São Paulo, (CD-ROM). (2) NATIONAL ASSOCIATION OF CORROSION ENGINEERS. T-6H-31: A State-of-the-Art report protec tive coatings for carbon steel and austenitic stainless steel surfaces under thermal insulation and cementitious fireproofing. Materials Performance, p , 1990 (3) PANOSSIAN, Z. Corrosão e proteção contra corrosão em equipamentos e estruturas metálicas. São Paulo : IPT, 1 ed. v. 1. p

9 TABELA 1 Processos de decapagem e de passivação em aço inoxidável austenítico do tipo AISI 304 L Decapante Tempo de ação (min) Passivante Tempo de ação (min) D1: HNO 3 (15%) + HF (2%) 15 P1: HNO 3 (30% ) 60 D2: HNO3 (15%) + HCl (2%) 15 P2: HNO3 (10%) 5 D3: HNO 3 (5%) + HCl (45%) 30 P3: H 2 O 2 10 D4: HNO 3 (5%) + HCl (50%) 30 P4 1 : - - D5: FeCl3 (5%) 50 P5: - - D6: Pasta comercial 1 15 P6: Pasta comercial 1 15 D7: Pasta comercial 2 30 P7: Pasta comercial 2 30 D8: Gel comercial 50 P8: Gel comercial 50 D9: Detergente comercial 30 P9: Detergente comercial 30 D10: Líquido decapante comercial 30 P10: Líquido passivante comercial 30 TABELA 2 Guia prático para pintura de aço inoxidável austenítico Faixa de temperatura ( C) Preparação da superfície Esquema de pintura -45 a 60 SSPC-SP 1 "Solvent Cleaning" e SSPC-SP 7 "Brush-off blast cleaning" 2 Uma demão de resina epóxifenólica (130 µm) -45 a 180 idem Duas demãos de resina epóxifenólica (150 µm) 180 a 370 idem Duas demãos de silicone modificado (50 µm) 1 Por questão de se manter equivalência entre a numeração dos dez processos de decapagem com os oito processos de passivação, foram suprimidos os números relativos aos processos de decapagem 4 e 5 2 SSPC: Steel Structures Painting Council

10 (1) Corrosão-sob-tensão (2) Corrosão generalizada (3) Corrosão sob fadiga (4) Corrosão por pite (5) Fratura mecânica (6) Corrosão sob depósito (7) Erosão-cavitação (8) Fluência (9) Corrosão intergranular (10) Outros FIGURA 1 Tipos de falhas estudadas de 1989 a Rhodia Brasil Ltda FIGURA 2 - Aspecto visual do corpo-deprova após ligeiro escovamento com cerdas macias e lavagem com água, após aplicação da Pasta comercial 2. Nota -se que a superfície do aço torna-se um pouco mais limpa e a carepa originada do processo de soldagem diminui, porém, o resultado não é satisfatório e inferior ao verificado nos outros produtos FIGURA 3 - Aspecto visual do corpo-deprova após ligeiro escovamento com cerdas macias e lavagem com água, após aplicação do Gel comercial. Nota-se que a superfície do aço torna -se mais limpa e a carepa originada do processo de soldagem diminui, quase que por completo

11 FIGURA 4 Aspecto visual do corpo-de-prova após ligeiro escovamento com cerdas macias e lavagem com água, após aplicação do Detergente comercial. Nota-se que a superfície do aço torna -se mais limpa (e mais brilhante, embora o brilho não seja observado na Figura). A carepa originada do processo de soldagem diminui, porém, não apresenta eliminação desejável FIGURA 5 - Curva de polarização típica de metais que apresentam o fenômeno de passivação num determinado meio 3 3 Normalmente, não se obtêm curvas experimentais com este aspecto sendo restritas aos casos em que o filme de óxido é extremamente estável e apresenta alta resistividade elétrica.

12 FIGURA 6- À esquerda: curva de polarização que representa a condição de menor eficiência de decapagem (processo de decapagem D-3). A curva à direita representa a condição de maior eficiência de decapagem (processo de decapagem D-8, Gel comercial) FIGURA 7 - À esquerda: curva de polarização que representa a condição de menor eficiência de passivação (processo de passivação P-10, Líquido passivante comercial, ver Tabela 1). A curva à direita representa a condição de maior eficiência de passivação (processo de passivação P- 1)