Influência do cálcio na corrosão do aço SAE 1045 temperado e revenido em soluções ricas em CO2 em alta pressão e alta temperatura

Abstract

O presente trabalho analisa a influência da presença de Ca2+, por meio da adição de CaCO3 em água saturada com CO2, na corrosão do aço SAE 1045, temperado e revenido, sob condições de 80 ºC, 15 MPa e 168 horas (7 dias) e nas propriedades dos filmes de produtos de corrosão formados na superfície do aço. As taxas de corrosão do aço foram determinadas por testes de perda de massa segundo ASTM G1-03 (2010). As técnicas de microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FEG/MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difração de raios X (DRX) e polarização potenciodinâmica foram utilizadas para obter informações sobre as propriedades dos filmes de produtos de corrosão. Observou-se corrosão uniforme e os resultados mostraram que ao adicionar carbonato de cálcio, com concentrações de 10 ppm, 100 ppm, 1000 ppm e 10000 ppm de Ca2+ na solução, as taxas de corrosão por perda de massa e as espessuras dos filmes de produtos de corrosão diminuiram. A adição de carbonato de cálcio reduziu as taxas de corrosão para todas as concentrações de Ca2+, provavelmente, devido sua propriedade de aumentar o pH da solução. A taxa de corrosão não variou linearmente com a concentração de Ca2+ em solução, sendo que a maior taxa de corrosão foi observada para a concentração de 100 ppm de Ca2+. As análises de EDS indicaram a formação de carbonato misto, provavelmente FexCa1-xCO3, com o aumento da incorparação de Ca na rede cristalina do FeCO3, visto que com o aumento da adição de carbonato de cálcio observou-se um aumento no teor de Ca e uma respectiva redução nos teores de Fe.As análises de DRX indicaram que os filmes de produtos de corrosão formados em presença de cálcio são compostos de FeCO3 enriquecido com Ca, de óxidos e hidróxidos de ferro como goetita - FeO(OH) e Fe3O4 - magnetita. De acordo com os ensaios eletroquímicos, o filme que apresentou o potencial de corrosão menos nobre (Ecorr) e maior densidade de corrente de corrosão (icorr) foi o formado na presença de 100 ppm Ca2+, sendo que este filme apresentou propriedades eletroquímicas muito similares ao do aço referência (sem produto de corrosão na superfície).

The present study analyzes the influence of the presence of Ca2+, by the addition of CaCO3 in water saturated with CO2, on the corrosion of SAE 1045 steel tempered and quenched under conditions of 80° C, 15 MPa and 168 hours (7 days) andon the properties of the corrosion scales formed on the steel surface. The corrosion rates of the steel were determined by weight loss tests according to ASTM G1-03 (2010). The techniques of electron scanning microscopy by field emission (FEG/MEV), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and potentiodynamic polarization were used to obtain information about the properties of corrosion scales. Uniform corrosion was observed and the results indicated that by adding calcium carbonate, with concentrations of 10 ppm, 100 ppm, 1000 ppm and 10000 ppm of Ca2+ in solution, the corrosion rates by weight loss and the thicknesses of the corrosion product films decreased. However, the addition of calcium carbonate decreased the corrosion rate for all concentrations, probably due to its property of increasing the pH of the solution. The highest corrosion rate determined by weight loss was observed when corrosion was induced without the presence of calcium carbonate and with concentration of 100 ppm of Ca2+. The corrosion rate did not changed linearly with Ca+ concentrations, the highest corrosion rate was observed for 100 ppm of Ca2+. The EDS analyzes provide information that a mixed carbonate is formed in presence of Ca+2 in solution, probably FexCa1-xCO3, with increasing of Ca incorporation in the crystalline lattice of FeCO3, with increasing of calcium content and a respective reduction of Fe amounts.The XRD analyzes also indicated that the corrosion product films formed in the presence of calcium are composed by FeCO3 enriched with Ca besides oxides and iron hydroxides as goethite - FeO(OH) and Fe3O4 - magnetite. Based on the electrochemical tests, the film that had the more negative potential (Ecorr) and higher corrosion current density (icorr) was the one formed in the presence of 100 ppm Ca2+, and this film showed electrochemical properties very similar to the bare steel.