Falhas na indústria química, em usinas termoelétricas e em muitos outros ramos industriais provocam a paralisação de plantas em todo o mundo. As falhas podem ser de natureza totalmente diversa: falhas de material e problemas associados à sua fabricação ou corrosão, bem como decorrentes das condições de processo. Mesmo que geralmente as falhas sejam pequenas, suas consequências são grandes. Dessa forma, mesmo um vazamento minúsculo pode levar à paralisação de uma planta inteira. Geralmente, os tempos de parada e os reparos necessários estão associados a custos enormes.

A divisão de “Análise de Falhas e Corrosão” (Schadenanalyse und Korrosion) da TÜV Rheinland estu-

Fig. 1 – Recipiente trincado de um caminhão-tanque devido às falhas na junta soldada durante sua confecção

 

da vários casos de falhas em diferentes ramos industriais, tais como usinas termoelétricas, refinarias ou mesmo instalações convencionais de água potável. Entre elas estão falhas ocorridas em cordões ou juntas de solda. Esse tipo de união, confeccionado de forma profissional, não pode, por exemplo, se romper em um recipiente sob pressão, formar trincas em tanques de armazenamento ou sofrer danos

Fig. 2 – Junta soldada trincada de um vaso de pressão devido à profundidade insuficiente de soldagem

 

Fig. 3 – Caldeira com ataque corrosivo na solda de topo no tubo causada por má qualidade da água

 

por corrosão em tubulações (figuras 1 a 3).

Nos laudos elaborados pela TÜV são determinados o tipo correto

 

Fig. 4 – Distribuidor tubular com ramificações feitas com aço do tipo 1.4462

 

de falha ocorrida e suas correspondentes causas, por meio do auxílio proporcionado por ensaios de materiais e testes laboratoriais. Essa informação proporciona a base para que falhas similares sejam evitadas no futuro. Por meio d e medidas complementares, consegue-se reduzir os tempos de paralisação dos equipamentos e, desta forma, diminuir simultaneamente os custos.

Ataque por corrosão em função de uma razão ferrita-austenita crítica na microestrutura

A indústria química utiliza distribuidores tubulares com ramificações incorporadas por meio de soldagem; um exemplo desse componente pode ser visto na figura 4. Uma vez que o dispositivo é exposto internamente a meios muito corrosivos durante sua operação, ele é feito com aço inoxidável duplex do tipo 1.4462 (X2CrNiMoN 22-5-3). As juntas soldadas, por sua vez, são confeccionadas manualmente por meio do processo TIG (soldagem sob gás inerte com eletrodo de tungstênio). Neste exemplo não foi verificado tratamento térmico posterior à operação de soldagem.

No caso aqui estudado foi constatado vazamento do fluido que era transportado por um distribuidor tubular logo no início de sua vida útil, após poucas semanas de uso. À primeira vista,

Fig. 5 – Ramificação inserida por meio do processo de soldagem, lado exterior do tubo – a flecha indica um defeito pontual no metal depositado por soldagem.

 

ficou aparente que os vazamentos ocorreram exclusivamente na região da junta de topo soldada do tubo. Sobre o lado externo do componente, na região da junta soldada, havia furos localizados diretamente no cordão de solda (figura 5). A superfície interna do distribuidor tubular mostrava, ao redor da junta soldada, cores de revenido acentuadas. Além disso, foram constatados depósitos com cor marrom-ferrugem em regiões localizadas nos cordões de solda (figura 6). Foi verificada, abaixo desses depósitos, a presença de numerosos furos no metal depositado pelo processo de soldagem (figura 7). Ficou aparente que a superfície normal do componente, fora do cordão de solda, não sofreu nenhum ataque corrosivo.

Foram executados ensaios laboratoriais para analisar detalhadamente os danos localizados sobre a junta soldada para revelar as características do interior do mate-

Fig. 6 – Ramificação inserida por meio de soldagem, lado interior do tubo – pode-se constatar a presença das cores de revenido e da camada de produtos de corrosão.

Fig. 7 – Pites de corrosão no metal depositado durante a soldagem – lado interior do tubo que estava em contato com o fluido.

 

rial e da junta soldada. Para tanto, foi preparado um corpo de prova que havia sido retirado da região defeituosa. Ele foi lixado, polido e atacado, o que permitiu revelar a microestrutura do material. Ela mostrou significativo ataque corrosivo na junta soldada (figuras 8 e 9, pág. 20).

O ataque da corrosão ocorreu desde o lado interno do tubo, o qual mantinha contato com o fluido que estava sendo transportado, e se localizou em uma região em que a microestrutura decorrente da soldagem apresentava um valor crítico da relação ferrita: austenita, na qual havia aproximadamente 90% de ferrita e cerca de apenas 10% de austenita (figura 10, pág. 20). Em contraposição, a figura 11 (pág. 20) mostra um exemplo da morfologia da microestrutura de ambos os materiais-base originais, os quais não sofreram ataque por corrosão. Neste caso, a microestrutura de duas fases caracterizava-se por apresentar

Fig. 8 – Seção transversal polida e atacada – metal-base do tubo e região da junta soldada.

Fig. 9 – Morfologia da microestrutura na junta soldada

 

razão ferrita: austenita igual a aproximadamente 50:50, como já era previsto para um aço duplex do tipo 1.4462.

Para excluir as hipóteses de qualidade inadequada do metal-base e de uma troca de material durante a fabricação do distribuidor tubular, foi efetuada a análise química confirmatória do material. Ambos os materiais usados nos tubos correspondiam, conforme era exigido, ao aço duplex do tipo 1.4462. Também o metal de adição incorporado durante a soldagem não mostrava nenhuma irregularidade em termos de composição química.

Um aço duplex, como o tipo 1.4462, possui amplo campo de aplicação industrial devido à sua alta resistência mecânica, excelente tenacidade e alta resistência à corrosão em comparação com outros tipos de aço. Ainda assim, esse material é sujeito à formação de morfologias microestruturais críticas, as quais fragilizam o material e/ou o tornam mais sensível à corrosão. O aço duplex 1.4462 possui a microestrutura já descrita: a combinação de fases austenítica e ferrítica confere a esse material suas propriedades peculiares. A austenita se caracteri-

Fig. 10 – Morfologia da microestrutura no metal depositado durante a soldagem, contendo aproximadamente 90% de ferrita e cerca de 10% de austenita.

 

za por apresentar alta resistência à corrosão. Já a ferrita contribui para as boas propriedades mecânicas do material como, por exemplo, uma alta resistência mecânica. Contudo, essas importantes características somente podem ser conseguidas se a morfologia microestrutural desse aço for impecável. Ou seja, no estado ideal, a distribuição de fases entre ferrita e austenita deve ser de aproximadamente 50% (50:50).

O processo de soldagem do aço duplex 1.4462 requer muita experiência prática e cuidado por parte do soldador. Para obter uma morfologia microestrutural ótima, é necessário que os parâmetros de processo de soldagem como, entre outros, a velocidade de resfriamento, sejam controlados adequadamente. Eventuais desvios podem exercer influência negativa sobre as propriedades do material,

Fig. 11 – Morfologia da microestrutura no metal-base do tubo, contendo aproximadamente 50% de ferrita e cerca de 50% de austenita. Fotos fornecidas pela TÜV Rheinland.

 

particularmente sobre sua resistência à corrosão. Por esse motivo, frequentemente se recomenda que os aços duplex sejam submetidos a um recozimento de solubilização após a sua soldagem, de forma a garantir a obtenção de uma morfologia microestrutural otimizada.

Diversas causas decisivas para o defeito

Os laudos da TÜV apontaram os seguintes resultados a partir das investigações laboratoriais efetuadas: os vazamentos constatados decorreram da corrosão em pites, que resultou do contato do fluido com o lado interno do tubo. O ataque corrosivo ocorreu exclusivamente na região do cordão de solda.

As causas do ataque corrosivo foram uma significativa redução da resistência à corrosão do metal depositado durante a soldagem. Foi constatado que a razão ferrita: austenita nesse material era igual a aproximadamente 90:10. Quanto maior for a fração de ferrita na microestrutura, menor será a resistência à corrosão. Tal condição microestrutural crítica do metal depositado pela soldagem foi causada, neste caso específico de falha, pelo brusco resfriamento após a soldagem. Ficou evidente que não foi efetuado nenhum recozimento de solubilização na região da junta após a soldagem, de forma que essa condição microestrutural crítica no metal depositado pela soldagem não foi eliminada. As cores de revenido decorrentes da soldagem, que apareceram no lado interno do tubo, na região do cordão de solda, reduziram ainda mais a resistência à corrosão. A presença dessas cores de revenido sobre a superfície do aço inoxidável duplex indica a ausência da camada de óxido de cromo protetiva, de forma que o ataque corrosivo ocorreu preferencialmente nessa região. Ficou evidente que a peça não foi protegida contra oxidação durante a soldagem, nem as cores de revenido foram removidas após esse processo – por exemplo, por meio de decapagem.

Para evitar a ocorrência de defeitos semelhantes no futuro, o aço duplex – que, de qualquer forma, é difícil de ser soldado – deve ter os parâmetros de soldagem e velocidade de resfriamento adequadamente controlados. A maneira mais segura de se ter uma razão ferrita: austenita adequada e, dessa forma, obter um grau suficientemente alto de resistência à corrosão, consiste em efetuar um tratamento térmico posterior. Além disso, deve ser evitada a formação de cores de revenido durante a soldagem ou, caso elas se formem, é preciso removê-las de forma adequada após a soldagem. Ou seja, somente se consegue máxima resistência à corrosão dos aços inoxidáveis se eles apresentarem condição microestrutural favorável e uma superfície metálica brilhante.

Os resultados das análises de falhas fornecem apenas informações sobre o tipo correto e sobre as causas das falhas. As medidas adotadas com base nos resultados dessas investigações também ajudam a melhorar a segurança e disponibilidade dos equipamentos no futuro. Pode-se, por exemplo, evitar falhas adicionais em componentes construtivos e operacionais e, desta forma, reduzir os custos associados à manutenção.