Corrosão Intergranular: Causas, Detecção e Estratégias de Prevenção

Existem muitos tipos de danos por corrosão, como corrosão uniforme e pitting, que podem ser vistos a olho nu. No entanto, alguns danos não são visíveis, mas ainda assim prejudicam a integridade da estrutura ou equipamento. Este artigo examina de perto um dos tipos menos visíveis: a corrosão intergranular (CIG), focando em como ocorre, quais materiais são afetados, indústrias típicas e como detectar e mitigar o dano.

O que é Corrosão Intergranular (CIG)?

A corrosão intergranular (CIG), às vezes chamada de ataque intergranular (AIG), é uma corrosão preferencial ou localizada que progride ao longo dos contornos de grão (cristal) ou imediatamente adjacente a eles. Em contraste, a maior parte dos grãos permanece praticamente inalterada.

Embora a perda de metal seja mínima, a CIG pode causar falha catastrófica de equipamentos. É uma forma comum de ataque a ligas na presença de meios corrosivos, resultando em perda de resistência e ductilidade. Não se deve confundir CIG com trinca por corrosão sob tensão (TCCT). A TCCT requer tensões (residuais ou aplicadas) atuando contínua ou ciclicamente em ambiente corrosivo, produzindo trincas que seguem um caminho intergranular.

Figura 1. Ataque de corrosão intergranular em chapa de aço inoxidável austenítico laminado a frio. (Fonte: Antkyr, Creative Commons ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-SA 3.0).)

Como a Corrosão Intergranular (CIG) é Formada

A corrosão localizada nos contornos de grão é causada pela dissolução anódica de áreas enfraquecidas por elementos de liga, precipitação de segunda fase ou regiões com elementos de liga ou impurezas isolados. A parte restante da superfície exposta funciona tipicamente como cátodo, e grandes áreas catódicas suportam o processo de dissolução anódica.

A razão cátodo/ânodo é geralmente maior que um. Depende de fatores como fração volumétrica e distribuição de fases eletroquimicamente ativas, distribuição de elementos de liga e impurezas prejudiciais, e tamanho de grão.

A taxa de corrosão depende do mecanismo dominante, e fatores como a difusão de espécies para ou a partir da frente anódica podem governar a cinética de dissolução. Uma característica significativa da CIG é o desenvolvimento de uma profundidade de ataque relativamente homogênea e uniforme. A dissolução dos contornos de grão causa o desprendimento dos grãos, frequentemente chamado de "queda de grãos". A queda de grãos é responsável pela maior parte da perda de peso observada após exposição à CIG, e as taxas de corrosão podem ser várias ordens de magnitude maiores do que na corrosão geral.

Figura 2. Aço inoxidável que corroeu próximo à zona afetada pelo calor (ZAC) de uma solda. (Fonte: Laboratório de Engenharia de Corrosão da NASA.)

Materiais Comumente Afetados pela Corrosão Intergranular

O ataque intergranular é prevalente principalmente em certos tipos de aço inoxidável, não em aço carbono. (Leitura relacionada: Por Que o Aço Inoxidável é Resistente à Corrosão.) No entanto, os seguintes materiais não estão imunes ao ataque de CIG.

• Aços inoxidáveis austeníticos não estabilizados, graus 304 e 316, usados em plantas químicas, são propensos a CIG quando usados na condição sensibilizada. A sensibilização é causada pela precipitação de carboneto de cromo nos contornos de grão em uma zona adjacente a soldas, onde a temperatura esteve entre 500-800 °C (932-1472 °F). (Para mais sobre o assunto, leia Como a Fragilidade a Quente e a Soldagem Afetam a Corrosão em Metais.)
• Ligas níquel-cobre (Liga 400, UNS N04400) são propensas a CIG quando expostas a certos tipos de soluções de ácido fluorídrico e crômico.
• O ataque CIG pode ocorrer em ligas níquel-molibdênio (Liga B, UNS N10001) expostas a ácido clorídrico e sulfúrico quentes devido à precipitação de constituintes ricos em molibdênio.
• Ligas níquel-cromo como a Liga 600 são propensas a CIG. Portanto, não se destinam a uso em ambientes corrosivos.
• Ligas de alumínio 2024 e 7075 são propensas a CIG porque o CuAl₂ precipita nos contornos de grão, atuando como cátodos e acelerando a zona empobrecida adjacente. Além disso, ligas de alumínio 5083 e 7030 também são suscetíveis.
• Zinco (Zn) de alta pureza não é propenso a CIG. No entanto, alumínio como elemento de liga ou impureza na liga de zinco pode causar ataque CIG.

Ataque Intergranular de Aços Inoxidáveis Austeníticos

Nos aços inoxidáveis austeníticos, o ataque intergranular geralmente resulta da precipitação de carboneto de cromo (Cr₂₃C₆) nos contornos de grão, produzindo uma zona estreita de empobrecimento de cromo no contorno. Essa condição é denominada sensibilização (Figura 3). A sensibilização envolve a precipitação de carbonetos de cromo nos contornos de grão, resultando em uma zona estreita de empobrecimento de cromo no contorno.

Figura 3.

Como o cromo é o principal elemento de liga que torna o aço inoxidável resistente à corrosão, as regiões empobrecidas em cromo são suscetíveis a ataque preferencial. Acredita-se que isso ocorra porque o teor de cromo imediatamente adjacente ao carboneto pode estar abaixo do necessário para a liga. Se os carbonetos formarem uma rede contínua no contorno de grão, a corrosão pode produzir separação ou lacuna no contorno e possível queda ou perda de grãos.

Métodos para Detectar Corrosão Intergranular

Geralmente, a CIG progride ao longo dos contornos de grão e é difícil de detectar a olho nu ou por qualquer técnica de inspeção não destrutiva. No entanto, o material pode ser testado quanto à resistência à CIG antes da fabricação do equipamento com métodos laboratoriais específicos, como o teste de Huey (que usa solução nítrica) ou o teste de Strauss para identificar a suscetibilidade do aço inoxidável à corrosão intergranular. O teste de Streicher também pode ser usado, baseado em determinação quantitativa de perda de peso. Além disso, trincas intergranulares podem ser vistas quando uma amostra da área falhada é preparada metalograficamente e examinada sob microscópio eletrônico de varredura (MEV).

Métodos de Mitigação para Prevenir Ataque CIG de Aço Inoxidável Austenítico Níquel-Cromo

Realizar tratamentos adequados de recozimento e têmpera na oficina de fabricação ou usina reduzirá a suscetibilidade do aço inoxidável e ligas ricas em níquel e cromo à CIG. Quando esses tratamentos são bem-sucedidos, carbonetos de cromo, nitretos e carbonetos de molibdênio dissolvidos, e suas formas de pré-precipitação, permanecem em solução durante a têmpera.

Em aços inoxidáveis ferríticos (AISI Tipo 430, Tipo 446), a taxa de difusão do carbono é tão grande que a precipitação de carbonetos de cromo não pode ser evitada, mesmo com têmpera rápida em água a partir de tratamentos de recozimento em alta temperatura. No entanto, a taxa de difusão do cromo nessas ligas também é alta. É possível restaurar as zonas empobrecidas em cromo ao redor dos precipitados de carboneto de cromo com tratamentos térmicos próximos a 816 °C (1500 °F). O resultado é uma microestrutura que contém extensas quantidades de resíduo de carboneto, imune à CIG.

Figura 4. Tratamento térmico de soldas de dutos para prevenir corrosão intergranular. (Fonte: Berkut34 | Dreamstime.com)

Quando ligas de aço inoxidável são soldadas, a formação de carbonetos e nitretos de cromo pode ser evitada em muitos casos pela redução do teor de carbono e nitrogênio. A introdução do processo de descarburização argônio-oxigênio, fusão a vácuo e refusão a arco consumível influenciaram muito a prevenção da formação de carbonetos e nitretos de cromo nas ligas AISI Tipo 304L, Tipo 316L, Ligas C-276 e C-4, e Fe-29%Cr-4%Mo.

A formação de carbonetos de cromo no aço inoxidável pode ser prevenida pela adição de titânio (Ti) ou Nióbio (Nb). (Leitura relacionada: O Papel do Cromo na Corrosão Intergranular.) Esses elementos combinam com o carbono e reduzem sua concentração de forma que carbonetos de cromo não se formam durante exposição na faixa de temperaturas de sensibilização durante soldagem e alívio de tensão, e mesmo sob condições de operação. São chamadas de ligas estabilizadas: AISI Tipo 321 (Ti), AISI Tipo 347 (Nb), Liga 20Cb-3 (Nb), Liga 625 (Nb) e Liga 825 (Ti).

Diferentes tamanhos de juntas soldadas e outras técnicas de soldagem (como menor aporte de calor) podem reduzir o grau de sensibilização. No entanto, não é fácil manter controle definitivo para tornar essa abordagem geralmente aplicável.

Indústrias que São Frequentemente Afetadas pela Corrosão Intergranular

A CIG pode ocorrer em qualquer equipamento fabricado com aço inoxidável austenítico, liga níquel-cobre, liga níquel-molibdênio, liga níquel-cromo, liga de alumínio e liga de zinco em qualquer indústria onde existam as condições adequadas, ou seja, se o material não passou por tratamento térmico adequado e contém teor de carbono mais alto (C > 0,03%), então é suscetível.

A corrosão intergranular pode levar a falha catastrófica na maioria dos equipamentos de processo se o material correto e tratamento térmico adequado não forem usados na etapa de fabricação. A perda de espessura de seção transversal e a introdução de trincas podem ter consequências graves para aplicações como contenção de pressão.