65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 4. Engenharia de Materiais e Metalúrgica

OXIDAÇÃO DO AÇO INOXIDÁVEL FERRÍTICO AISI 409 EM ALTAS TEMPERATURAS EM ATMOSFERA DE AR SINTÉTICO

Ediomar Costa serra - Mestrando em engenharia de Materiais – IFPI Maria de Fátima Salgado - Profa. Dra./ Orientadora – Departamento de Matemática e Física – CESC/UEMA Ayrton de Sá Brandim - Prof. Dr./ Co-orientador – Departamento de Engenharia - IFPI Givanilson Brito de Oliveira - Acadêmico do Curso de Física Licenciatura – CESC/UEMA Olandir Vercino Correa - Técnico./ Instituto de Pesquisas Energéticas - IPEN Lalgudi Venkataraman Ramanatham - Prof. Dr./ Instituto de Pesquisas Energéticas - IPEN

INTRODUÇÃO:

Aços inoxidáveis são ligas de ferro e cromo em sua composição química básica. São utilizados em diversos setores industriais e tecnológicos, devido a suas propriedades físicas e químicas, especialmente a anticorrosiva. Os aços inoxidáveis, sob pressão e temperatura normais levam muito tempo para sofrer corrosão, mas quando submetidos a altas temperaturas em ambientes com gases agressivos mesmo sob baixa pressão o processo de oxidação é acelerado. Dependendo do meio, os aços inoxidáveis são suscetíveis a corrosão intergranular, causado pelo empobrecimento em cromo das regiões adjacentes aos contornos de grãos, esse fenômeno ocorre quando o aço atinge a temperatura de sensitização. Por razões como essa é importante, conhecer o comportamento de oxidação dos aços inoxidáveis ferríticos em altas temperaturas, em diferentes pressões parciais de oxigênio. Este trabalho apresenta a cinética de crescimento e a composição dos filmes de óxidos formados sobre o aço inoxidável ferrítico AISI 409 entre as temperaturas 850 °C e 950 °C durante 2 horas, na atmosfera de ar sintético contendo 20% de gás oxigênio. Foi observado um ganho de massa crescente como aumento da temperatura.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Descrever a cinética de oxidação e analisar a composição química dos filmes óxidos formados sobre o aço AISI 409 entre 850 °C e 950 °C para atmosfera de ar sintético.

MÉTODOS:

As amostras do aço inoxidável ferrítico AISI 409 usadas nesta pesquisa, foram cortadas, nas dimensões (10 x 10 x 0,6) mm, lixadas nas duas superfície com lixas de carbeto de silício de granas adequadas e polidas com pastas de diamante de granulometrias de 3 e 1 µm. Após limpeza com acetona em ultrassom, suas massas foram mediadas em uma balança de sensibilidade de ± 0,0001g e submetidas ao tratamento de oxidação isotérmico em um forno tubular JUNG com controle de temperatura. Foi utilizado um tubo de sílica para inserir as amostras no forno, por um período de 2 horas de exposição, entre 850 °C e 950 °C em atmosfera de ar sintético. A vazão do gás correspondia a 110 bolhas de gás por minutos para 850 °C, 100 bolhas por minutos para 900 °C e 950 °C. A Cinética de crescimento dos filmes de óxidos formados sobre o aço foi determinada pela medida do ganho de massa por unidade de área versus tempo de oxidação. A caracterização da microestrutura dos filmes de óxidos foi realizada por microscopia eletrônica de varredura MEV. A análise da composição Química dos filmes de óxidos se fez por espectroscopia dispersiva de energia EDS.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

A cinética de oxidação do aço AISI 409 em atmosfera de ar sintético, mostrou que a 850 °C o aço oferece menor taxa de oxidação que nas outras temperaturas, assim como a 900 °C, oferece maior resistência a oxidação que 950 °C. A oxidação em todas as temperaturas foi decorrente da reação entre o oxigênio e os elementos de liga que possuem afinidade com ele, através do processo de difusão iônico. O filme de óxido formado inicialmente pode ser protetor ou não, como é o caso de óxido de cromo o único dessa liga com essa característica. A micrografia do óxido formado sobre o aço 409 a 850 °C descreveu oxidação preferencial nos contornos de grãos, em algumas regiões mais do que em outras e análise de EDS mostrou o elemento cromo predominante na escama de óxido, além do Fe, Ti e si encontrados em menor quantidade. A 900 °C observou-se na região de interface, óxido de cromo em grande quantidade, isso significa que o cromo pode ter migrado para uma pequena região, e óxido de ferro cobriu todo o restante da superfície. Já a 950 °C o filme apresentou predominância do óxido de ferro evidenciando uma camada corrosiva. A oxidação ocorreu em toda a superfície, a caracterização química por EDS identificou o ferro como sendo o único elemento químico presente.

CONCLUSÕES:

O comportamento de aço AISI 409 revelado nos testes entre as temperaturas 850 °C e 950 °C descreve uma cinética de oxidação crescente com o aumento da temperatura para a atmosfera de ar sintético. Sendo que o aço ofereceu maior resistência à oxidação a 850 °C e menor a 950 °C, durante 2 horas de exposição. As análises EDS mostram que o elemento cromo é predominante no óxido formado sobre o aço na temperatura de 850 °C. Para temperatura de 900 °C, uma parte da superfície do aço é coberta por escama de óxido de cromo com predominância deste e a outra parte é coberta por filme de óxido de ferro, sendo este o elemento em maior quantidade. Na temperatura de 950 °C o único elemento visto nos picos de EDS foi o ferro. O aço 409, nas condições em que foi testado apresenta tendência de formar óxido de ferro em temperaturas superiores a 900 ºC.

Palavras-chave: Filme passivo, cinética de oxidação, EDS.