Autores
Ignacio, M.D.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; de Sampaio, M.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Furtado, A.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Tavares, S.S.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Ponzio, E.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Pardal, J.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Pimenta, A.R. (INSITUTO FEDERAL DO RIO DE JANEIRO)
Resumo
Uma técnica eletroquímica otimizada, voltametria de varredura linear (LSV) em solução
de KOH foi confrontada com a reativação potenciocinética eletroquímica de loop duplo
(DL-EPR) para verificar qual é a melhor técnica para quantificar fases deletérias em um
aço inoxidavel super duplex UNS S32750. O DL-EPR apresentou um erro na determinação das
fases deletérias na faixa de 6,9 a 100%. O LSV-KOH apresenta uma melhor precisão na
quantificação das fases deletérias, onde a faixa de erro foi de 2,4 a 26,2%. Quando a
morfologia do sigma muda de lamelar para em bloco, foram observadas modificações nos
voltamogramas desta técnica. Em espécimes onde a morfologia lamelar está presente, os
voltamogramas tem dois picos, e quando a morfologia altera para divorciada ha a
aparição de tres picos.
Palavras chaves
Aço inoxidável; Fase Sigma; Morfologia
Introdução
Os aços inoxidáveis superduplex apresentam propriedades mecânicas e resistência à
corrosão superiores em comparação aos outros aços inoxidáveis comerciais para uso
industrial. Contudo, quando esses aços são submetidos a temperaturas entre 400 e
1010 °C, esses podem ser afetados pela presença de fases deletérias, como a fase
sigma gerando alterações nas propriedades mecânicas e de resistencia a corrosão do
material. O processo de manufatura desses aços, principalmente em trabalho a quente,
gera variações nos tamanhos de grão e na cinetica de precipitação dessas fases
deletérias. Muitos métodos propostos para quantificação dessas fases são sugeridos
na literatura,sendo o mais comum a reativação pontencioninética de loop duplo (DL-
EPR), onde a existência de muitas diferentes soluções para análise, sem a convenção
de condições ideais para o teste, deixando uma lacuna para o consenso de qual
solução utilizar. Uma alternativa a essa técnica, sugere a analise de elementos como
Cr e Mo na reagião transpassiva, medindo diretamente e com boa precisão as frações
volumétricas de fases deletérias presentes em aços superduplex. A técnica utlizada
foi a voltametria linear (LSV) com solução de KOH em concentrações e velocidades de
varredura variáveis(DE SAMPAIO et al.). Parametros ótimos para esta técnica ja foram
encontrados em um trabalho prévio, onde foi utilizada uma matriz Doehlert para
ánalise multivariada dos fatores que afetam a linearidade e capacidade de
quantificação da técnica, que foram utilizados para garantir maior precisão na
analise da presença de fases no aço estudado. O objetivo deste trabalho é confrontar
a LSV com o DL-EPR, avaliando a capacidade de detecção das fases deletérias, a
acuracia em sua quantificação e analise da morfologia e precipitação das fases
Material e métodos
Os testes eletroquímicos LSV-KOH e DL-EPR foram realizados utilizando potenciostato
multicanal, Metrohm Autolab PGSTAT204. Os ensaios eletroquímicos foram realizados
utilizando uma célula eletroquímica convencional de três eletrodos, uma haste de
platina como contra eletrodo, um eletrodo de Ag/AgCl (com uma solução de cloreto de
potássio 3,0 mol/L) como eletrodo de referência e a amostra como eletrodo de
trabalho. Os parâmetros utilizados para o LSV-KOH foram os investigados em trabalho
anterior, onde a concentração da solução de KOH foi de 3,55 mol/L. O teste começou
com um pré-tratamento, (Ei = -0,818 V; t = 60 s). Em seguida, a varredura anódica
foi iniciada a uma taxa de varredura de 3,42 mV/s e continuou até a densidade de
corrente atingir 1 mA.cm-2. Com estes fatores otimizados, foi feita uma
curva para quantificação das fases deletérias, a partir da equação:
DP=(Q-ILF)/SLF, onde DP é a fração volumetrica de fases deleterias, Q a carga de
meio pico, ILF e SLf são o coeficiente linear e angular, respectivamente, do fit
linear. Os testes de DL-EPR foram realizados em solução de
H2SO4 2,00 M + KSCN 0,01 M + NaCl 0,50 M à temperatura
ambiente. O teste começa com a estabilização do potencial de circuito aberto (EOCP)
por 30 min. Então, a partir do EOCP, o potencial foi varrido na direção anódica com
uma taxa de varredura de 1,0 mV/s até +0,7V vs EOCP. Em seguida, a varredura foi
revertida na mesma taxa de varredura na direção catódica até atingir o EOCP. O grau
de sensitização (DOS) foi avaliado pela razão Qr/Qa. Onde Qa é a densidade de carga
do pico formado na varredura anódica e Qr é a densidade de carga do pico formado na
varredura catódica.
Resultado e discussão
De maneira a comparar os ensaios eletroquimicos e sua relação com a sensitização com
a porcentagem real de fases deletérias, foi realizado a quantificação por LOM das
fases deletérias, com revelação eletroquimica em KOH, aplicando 3V por 12s. Como
observado por Pardal et.al (2009), o tamanho do grão afeta a precipitação de fases
deletérias e sua cinetica, o que afeta diretamente a fração volumétrica de fases
deletérias e sua morfologia quando o aço sofre tratamento térmico. Os ensaios de DL-
EPR realizados não foram capazes de identificar sensitização em algumas amostras,
principalmente devido ao fenomeno de healing, que se trata do redifusionamento do
cromo pelo aço, atenuando a sensitização e a deficiencia de elementos de liga no
contorno do grão. Apesar desse fenomeno, a precipitação de fase σ continua ocorrendo
e esta é a principal responsável pelos defeitos em SDSS. Desta forma o LSV-KOH, que
apresentou um erro relativo menorna resposta a grau de sensitização (2,4-26,2% de
erro no LSV-KOH, 6,9-100% de erro no DL-EPR) se apresentou uma técnica mais precisa
na quantificação de fases deletérias que o DL-EPR, além de não necessitar
otimizações posteriores. Além disso, foi possível observar uma relação entre os
picos dos voltamogramas com a morfologia da fase sigma. O primeiro pico se da pela
dissolução de Cr e Mo na austenita, ferrita e sigma, que ocorre preferencialmente na
sigma devido a sua maior proporção de cromo que as outras fases. O segundo e
terceiro pico podem ser associados ao contorno do grão da sigma, onde um
voltamograma com dois picos esta associado a morfologia lamelar da fase sigma,
enquanto que tres picos a evolução da sigma para morfologia divorciada (em bloco).
Conclusões
Neste estudo, podemos concluir:
A técnica de LSV usando KOH como solução eletrolítica foi mais precisa na quantificação
de fases deletérias do que a técnica clássica de DL-EPR. Além disso, o LSV-KOH pode
fornecer informações sobre a morfologia dos precipitados. Quando os voltamogramas
apresentam dois picos, a fase sigma é precipitada em forma lamelar. Quando três picos
estão presentes, a fase sigma é precipitada em formas lamelares e em blocos.Esses picos
adicionais têm uma grande concordância com a morfologia observada.
Agradecimentos
Os autores agradecem às agências brasileiras de pesquisa (CAPES, FAPERJ e CNPq) pelo
apoio financeiro.
Referências
PARDAL, J. M. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE ESCOLA DE ENGENHARIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA EFEITOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS, MAGNÉTICAS E NA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DE AÇOS INOXIDÁVEIS SUPERDUPLEX. [s.l: s.n.]. Disponível em: <http://www.livrosgratis.com.br>.
SAMPAIO, M. T. G. DE; FURTADO, A. B.; TAVARES, S. S. M.; PARDAL, J. M.; MACÊDO, M. C. S. DE; VELASCO, J. A. C.; ARAUJO, A. S.; PONZIO, E. A. Sigma and Chi Phases Analysis in UNS S32750 Superduplex Stainless Steel by Optimized Linear Sweep Voltammetry in Alkaline Medium. Journal of The Electrochemical Society, v. 167, n. 10, p. 101507, 19 jun. 2020.
