NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO MARINHA
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1 Contribuição técnica nº 21 NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO MARINHA Autores: Rogério Augusto Carneiro Evandro de Azevedo Alvarenga
2 NOVOS AÇOS ESTRUTURAIS DE ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO MARINHA 02/09/2009
3 INTRODUÇÃO A corrosão é um dos principais problemas das estruturas metálicas e o processo corrosivo é acelerado pela umidade, compostos de enxofre e íons cloretos, quando presentes em quantidade elevadas O uso dos tradicionais aços carbono resistentes à corrosão atmosférica, do tipo ASTM A588 (patinável) ou ASTM A606, é uma maneira de melhorar o desempenho da estrutura contra a corrosão Porém, mesmo estes aços estão sujeitos à corrosão intensa, eventualmente com desplacamento da camada de óxidos (anômala) e exigem proteção por pintura quando a atmosfera é muito agressiva
4 Alguns países têm normas que exigem a pintura quando a taxa de deposição de íons cloreto supera determinados valores, que dependem da fonte dos íons (mar ou sal de degelo) e do método de análise (vela seca ou úmida) Japão: mar, vela seca, 5 mg Cl - /m 2.dia Estados Unidos: sal de degelo, vela úmida, 50 mg Cl - /m 2.dia Inglaterra: mar, vela úmida, 10 mg Cl - /m 2.dia Brasil: não há normas, pintura feita por sentimento ou estética
5 A pintura acarreta custos iniciais de aplicação e outros relativos à manutenção (parada de linha, mão-de-obra e material) e, eventualmente, problemas devido a dificuldades de acesso ou contaminação do ambiente Isso reduz a competitividade do aço, apesar de vantagens como menor peso, possibilidade de maiores vãos livres e variedade de soluções arquitetônicas, rapidez de construção, menores perdas de material e canteiros de obra mais limpos, e inibe sua maior utilização, principalmente junto à orla marinha A Usiminas desenvolveu novos aços resistentes à corrosão marinha, para aplicações sem pintura em regiões com taxa de deposição de íons cloreto da ordem de 100 mg Cl - /m 2.dia
6 METODOLOGIA MATERIAIS 4 aços carbono com as seguintes composições químicas: Aço Composição química típica (% em massa) C Mn P Ni Cu Mo Si Cr C eq (a) P CM (b) Aço 1 0,10 0,70 0,015 < 3,5 0,08 < 0,50 < 1,50 sem adição 0,40 0,23 Aço 2 0,10 0,70 0,015 < 3,5 0,08 sem adição 0,20 sem adição 0,35 0,18 SAC-300 0,048 0,24 0,032 0,014 0,090 sem adição < 1,50 sem adição 0,10 0,10 SAE ,029 0,47 0,017 0,018 0,012 sem adição 0,20 0,025 0,12 0,06 a)c eq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 (valores típicos) b)p CM = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + (Mo + V)/15 + 5B (valores típicos)
7 MATERIAIS e com as seguintes propriedades mecânicas Aço Propriedades mecânicas LE (MPa) LR (MPa) Alongamento (%) Dureza HV (2kg) Aço 1 (a) ,2 (BM (c) = 80 mm) 241 Aço 2 (a) ,6 (BM (c) = 80 mm) 144 SAC-300 (b) > 300 > 402 > 19 (BM = 200 mm) 153 SAE 1006 (b) > a 500 > 18 (BM = 200 mm) 115 a) tração: ASTM-A-370, sub-size. b) para os aços SAC-300 e SAE1006 os valores são típicos. c) BM: base de medida
8 TESTES DE CORROSÃO Teste acelerado de corrosão com aspersão intermitente de solução salina, norma ISO solução 3% p/v de NaCl, três vezes por semana 4,6 kg Fe/m 2.ano, corrosividade muito alta (C5) da ISO 9225 avaliações após 1 ano, 1,5 ano, 2 anos e 3 anos Teste não-acelerado de corrosão com exposição em atmosfera marinha, norma NBR 6209 taxa média de deposição de cloreto: 102 mg Cl - /m².ano 0,6 kg Fe/m 2.ano, corrosividade alta (C4) da ISO 9225 avaliações anuais durante 6 anos
9 Modelo matemático de Pourbaix considera que a corrosão segue lei exponencial do tipo: p = At B p = perda de espessura A = taxa de corrosão no primeiro ano B = parâmetro que reflete as características protetora da camada de óxidos e permite estimar a perda de espessura para um período de até 30 anos
10 Dividindo por t temos a taxa de corrosão e tomando log 10 : log 10 (p/t) = A + (B-1)log 10 t B = 0,5 processo segue a lei parabólica e é controlado por difusão B < 0,5 a camada de óxidos é protetora B > 0,5 a camada de óxidos não é protetora Com dados reais de, no mínimo, quatro avaliações, pode-se determinar a equação da reta e do parâmetro B
11 RESULTADOS TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Aspersão: SAC-300 com corrosão anômala e comprometimento estrutural, perda média de massa de 49% do valor inicial
12 RESULTADOS TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Aspersão: SAE 1006 destruído pela corrosão anômala, perda média de massa de 88% do valor inicial
13 RESULTADOS TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Aspersão: Aço 1 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda média de massa de 3,3% do valor inicial
14 RESULTADOS TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Aspersão: Aço 2 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda de massa média de 14% do valor inicial
15 TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Atmosfera Marinha: SAC-300 com corrosão anômala na face voltada para o solo e perda média de massa de 18% do valor inicial
16 TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Atmosfera Marinha: SAE 1006 destruído pela corrosão anômala, perda média de massa de 56% do valor inicial
17 TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Atmosfera Marinha: Aço 1 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda média de massa de 3% do valor inicial
18 TAXAS DE CORROSÃO NORMA NBR 6210 Aspersão Atmosfera marinha Aço Taxa de corrosão (mm/ano) Taxa de corrosão (mm/ano) 1 ano 1,5 ano 2 anos 3 anos 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos 6 anos Aço 1 0,046 0,035 0,037 0,028 0,037 0,027 0,020 0,017 0,014 0,013 Aço 2 0,066 0,048 0,063 0,115 0,039 0,027 0,026 0,021 0,018 0,017 SAC-300 0,125 0,214 0,252 0,362 0,047 0,036 0,033 0,040 0,057 0,066 SAE ,425 0,547 0,583 0,637 0,055 0,118 0,159 0,184 0,216 0,208 Atmosfera Marinha: Aço 2 estruturalmente íntegro, corrosão uniforme e perda de massa média de 4,3% do valor inicial
19 Corpos-de-prova após 6 anos de corrosão marinha SAE 1006 face superior SAC-300 face superior Aço 2 face superior Aço 1 face superior SAE 1006 face inferior SAC-300 face inferior Aço 2 face inferior Aço 1 face inferior
20 ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA - ASPERSÃO DE SOLUÇÃO SALINA Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm) A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,046 0,5895 0,18 0,23 0,27 0,31 0,34 Aço 2 0,066 1,5337 2,26 4,20 6,53 9,20 12,16 SAC-300 0,125 1, ,94 24,05 42,05 64,86 92,42 SAE ,425 1,3589 9,72 16,85 24,91 37,73 43,22 Aço SAC-300, oscilação na taxa de corrosão e estimativas de maiores perdas de espessura do que o SAE 1006 pode ser um indicativo de que o mecanismo do processo corrosivo pode sofrer alterações ao longo do tempo e, eventualmente, não seguir a lei prevista por Pourbaix
21 ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA - ASPERSÃO DE SOLUÇÃO SALINA Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm) A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,046 0,5895 0,18 0,23 0,27 0,31 0,34 Aço 2 0,066 1,5337 2,26 4,20 6,53 9,20 12,16 SAC-300 0,125 1, ,94 24,05 42,05 64,86 92,42 SAE ,425 1,3589 9,72 16,85 24,91 37,73 43,22 As estimativas para o Aço 1 são muito menores do que para o Aço 2, que por sua vez são muito menores do que para os aços SAC-300 e SAE 1006
22 ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA - ASPERSÃO DE SOLUÇÃO SALINA Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm) A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,046 0,5895 0,18 0,23 0,27 0,31 0,34 Aço 2 0,066 1,5337 2,26 4,20 6,53 9,20 12,16 SAC-300 0,125 1, ,94 24,05 42,05 64,86 92,42 SAE ,425 1,3589 9,72 16,85 24,91 37,73 43,22 Pintura obrigatória para os aços SAC-300 e SAE 1006 e recomendada para o Aço 1 e, principalmente, para o Aço 2, devido ao fator B ser maior do que 0,5 para ambos
23 ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA ATMOSFERA MARINHA Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm) A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,037 0,4181 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15 Aço 2 0,039 0,5419 0,14 0,17 0,20 0,22 0,25 SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71 SAE ,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95 O aço SAC-300 tem estimativas bem inferiores às do SAE 1006, mas, novamente, as oscilações na sua taxa de corrosão podem ter prejudicado os resultados
24 ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA ATMOSFERA MARINHA Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm) A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,037 0,4181 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15 Aço 2 0,039 0,5419 0,14 0,17 0,20 0,22 0,25 SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71 SAE ,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95 O Aço 1 e o Aço 2 apresentam perdas de espessuras estimadas para 30 anos muito inferiores às dos aços SAC- 300 e SAE 1006
25 ESTIMATIVAS PERDA DE ESPESSURA ATMOSFERA MARINHA Aço Parâmetros Estimativa de perda de espessura (mm) A B 10 anos 15 anos 20 anos 25 anos 30 anos Aço 1 0,037 0,4181 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15 Aço 2 0,039 0,5419 0,14 0,17 0,20 0,22 0,25 SAC-300 0,047 1,1799 0,74 1,20 1,68 2,19 2,71 SAE ,055 1,7609 3,17 6,48 10,75 15,92 21,95 Pintura obrigatória para os aços SAC-300 e SAE 1006 e dispensável para o Aço 1 e o Aço 2, embora o fator B deste último seja ligeiramente maior do que 0,5
26 CONCLUSÕES Os desempenhos contra a corrosão dos Aço 1 e Aço 2 em ambientes contendo íons cloretos são muito superiores aos dos tradicionais aços SAC-300 (patinável) e SAE 1006, o que possibilita eliminar a pintura na maioria das situações nas quais ela é necessária para estes aços tradicionais O Aço 1 e o Aço 2 são adequados para aplicações em estruturas expostas a altas taxas de deposição de íons cloreto, como pontes junto à orla marítima ou sobre o mar, torres eólicas e componentes internos de navios e plataformas, como decks, escadarias e corrimões A maior resistência mecânica do Aço 1 possibilita reduzir a espessura de peças e, assim, o peso final de estruturas, tanto na parte metálica quanto na de alvenaria
27 OBRIGADO!
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