Tubo de aço galvanizado: massa de revestimento, padrões e vida útil

O que a galvanização por imersão a quente faz com um tubo de aço

A galvanização é a aplicação de um revestimento de zinco ao aço, e o revestimento protege o aço de duas maneiras diferentes ao mesmo tempo. Como barreira, isola a superfície da umidade e do oxigênio. Como ânodo de sacrifício, ele corrói preferencialmente ao aço em arranhões, pontas cortadas e fios danificados, porque o zinco é menos nobre que o ferro. Esse segundo mecanismo é o que separa a galvanização da pintura: um revestimento pintado falha do primeiro furo para fora, enquanto um revestimento de zinco continua protegendo uma pequena área exposta até que o zinco circundante seja consumido.

O processo utilizado para tubos é a galvanização por imersão a quente. O tubo é desengordurado, decapado, fundente e depois imerso em zinco fundido a aproximadamente 445 a 465 graus Celsius, conforme especificado na ISO 1461 e na ASTM A123/A123M. O resultado é um revestimento ligado metalurgicamente construído a partir de uma sequência de camadas de liga de zinco-ferro, desde a camada eta de zinco quase puro na superfície externa, passando pelas camadas zeta, delta e gama, até a interface do aço. As camadas de liga são duras e moderadamente quebradiças, o que explica por que o tubo galvanizado é manuseado com cuidado nas bordas cortadas e por que revestimentos muito espessos não são automaticamente melhores em peças que serão dobradas ou rosqueadas.

Massa, espessura do revestimento e os padrões que os definem

A espessura do revestimento é o melhor preditor da vida útil do tubo galvanizado e é controlada por duas coisas: a massa de zinco aplicada por unidade de área e o teor de silício e fósforo do aço base, que afeta a taxa de reação no banho. A prática de relatórios difere entre os mercados. A massa do revestimento é indicada em gramas por metro quadrado, e a conversão é fixada pela densidade do zinco, aproximadamente 7,14 gramas por centímetro cúbico, então 1 micrômetro de revestimento equivale a cerca de 7,1 gramas por metro quadrado. Um revestimento de 300 gramas por metro quadrado mede, portanto, cerca de 42 micrômetros e um revestimento de 600 gramas por metro quadrado mede cerca de 84 micrômetros.

Dois hábitos de aceitação decorrem desta tabela. Primeiro, o requisito de revestimento deve ser citado com sua base de teste, porque um resultado gravimétrico em uma amostra dissolvida e uma leitura de medidor magnético em uma superfície curva não concordam com o último micrômetro, e as disputas na inspeção geralmente surgem da mistura dos dois. Em segundo lugar, os revestimentos externos e internos são requisitos separados para tubos. Um tubo com um revestimento externo pesado e um revestimento interno nominal sofrerá corrosão devido ao furo no serviço de água, e o pedido deve indicar explicitamente a massa do revestimento interno.

Taxa de corrosão por ambiente e como estimar a vida útil

O zinco corrói a uma taxa definida pelo ambiente, e a taxa é bem caracterizada pelas categorias de corrosividade da ISO 9223 e ISO 12944, que publicam faixas de perda de massa de zinco do primeiro ano para tipos de atmosfera. A combinação de uma espessura de revestimento medida com a taxa de categoria fornece uma estimativa de vida defensável, e essa estimativa é muito mais útil do que um único número genérico citado em um catálogo.

O serviço enterrado é um caso especial. O zinco no solo depende da resistividade, do pH, do cloreto e da presença de correntes parasitas, e o revestimento por si só raramente é a base do projeto para uma linha enterrada: revestimento mais pesado mais embalagem, ou revestimento mais proteção catódica, é a combinação normal. Quando o tubo for revestido após a galvanização, os dois sistemas devem ser compatíveis, porque uma superfície de zinco passivada ou pintada pode impedir a ligação do revestimento externo.

Padrões de tubos, metal base e condições de entrega

O tubo galvanizado é encomendado de acordo com um padrão de tubo que define o aço, as dimensões e o teste de pressão, com a galvanização adicionada como requisito de revestimento a um padrão separado. ASTM A53/A53M cobre tubos soldados e sem costura pretos e galvanizados por imersão a quente nos Graus A e B, com tipo F soldado contínuo, tipo E soldado por resistência elétrica e tipo S sem costura, e dimensões referenciadas à ASME B36.10M. O tubo galvanizado soldado de acordo com GB/T 3091 é amplamente solicitado em serviços de água e construção, com massa de revestimento comumente especificada em 300 gramas por metro quadrado ou superior. O tipo de aço e o padrão do tubo não são intercambiáveis ​​com uma especificação de tubo arbitrária, porque a classificação de pressão e a tolerância da parede pertencem ao padrão do tubo, não ao padrão de revestimento.

Um detalhe do A53 é muitas vezes esquecido: o tubo destinado à galvanização deve ser adequado ao processo, e a norma aborda a condição da solda e a preparação da superfície antes do revestimento. Uma superfície muito lubrificada ou enferrujada produzirá um revestimento com má adesão ou com camadas espessas e quebradiças de zinco-ferro, e nenhum dos defeitos será visível em uma fotografia. Os compradores devem exigir que o certificado da fábrica indique a massa de revestimento alcançada, juntamente com o padrão do tubo, classe e número de calor, em um documento EN 10204 3.1.

Rosquear, cortar e unir sem perder o revestimento

O tubo galvanizado normalmente é unido com acessórios roscados porque o rosqueamento é rápido, desmontável e não queima o revestimento em uma área ampla. As roscas são cortadas no formato cônico e roscado da ASTM B1.20.1, e o rosqueamento inevitavelmente remove o revestimento da superfície da rosca, e é por isso que a abordagem de especificação é proteger a rosca exposta com um composto de junta aprovado e confiar em conexões revestidas de zinco conforme ASTM A153/A153M em vez de conexões simples.

A soldagem é possível, mas altera a situação de corrosão. O zinco é queimado ao lado da solda, deixando uma faixa nua que deve ser revestida novamente, e a fumaça de óxido de zinco gerada durante a soldagem requer extração e proteção respiratória de acordo com as regras de exposição ocupacional aplicáveis; o processo deve, portanto, ser planeado como uma operação de reparação controlada, em vez de ser tratado como uma soldadura normal de tubos. Todas as extremidades cortadas, áreas danificadas e zonas afetadas por solda precisam de reparo com um revestimento rico em zinco, e a prática de reparo é coberta pela ASTM A780. Um reparo aplicado sobre ferrugem ou sobre uma superfície mal limpa falhará dentro de uma estação, portanto, a preparação da superfície antes do reparo faz parte do critério de aceitação.

Dobrar tubos galvanizados é possível para raios moderados, mas um revestimento espesso e quebradiço irá rachar na parte externa da curva e expor o aço. Quando as curvas fizerem parte do projeto, o pedido deverá especificar o raio de curvatura ou o tubo deverá ser dobrado antes da galvanização. O trabalho a frio de aço fortemente galvanizado também levanta a questão da fragilização por deformação e idade, e a ASTM A143 estabelece salvaguardas a serem acordadas quando a conformação a frio e a galvanização são combinadas.

Ferrugem Branca, Armazenamento e Química da Água em Serviço

A ferrugem branca é o produto pálido e pulverulento de hidróxido de zinco e carbonato de zinco que se forma quando superfícies recém-galvanizadas são armazenadas em condições úmidas e mal ventiladas e a película protetora de óxido não pode se desenvolver. É um defeito de armazenamento e transporte, não uma falha de corrosão, mas consome revestimento e é motivo comum de rejeição no recebimento da mercadoria. A prevenção é processual: manter os feixes fora do solo, espaçá-los para que o ar se mova entre os tubos, evitar ciclos de condensação em um recipiente e exigir uma secagem adequada antes da embalagem ou um tratamento de passivação acordado no momento do pedido.

No serviço de água, o revestimento também é sensível à própria água. O zinco passiva e tem um bom desempenho na faixa de pH quase neutro, aproximadamente 6 a 12, e corrói rapidamente em água macia e ácida com baixa alcalinidade. Águas com alto teor de cloreto, alto oxigênio dissolvido e temperatura elevada aumentam a taxa de dissolução do zinco, e as primeiras semanas de serviço são quando a maior parte da película protetora se forma, portanto o comissionamento deve evitar estagnação prolongada. O tubo galvanizado também é catódico para o cobre e para a maioria dos latões, portanto, a conexão direta aos componentes de cobre promove a corrosão do zinco na junta; um acoplamento dielétrico na transição é uma prática padrão. A adequação para água potável depende das regras locais de qualidade da água e dos limites para zinco e qualquer chumbo ou cádmio residual no revestimento, que devem ser confirmados em relação à regulamentação de água potável aplicável antes que a tubulação seja liberada para essa função.

Inspeção, Amostragem e Aceitação de Documentos

A aceitação de um lote de tubos galvanizados depende de três verificações que são simples o suficiente para serem realizadas no recebimento de mercadorias. A primeira é a massa ou espessura do revestimento, medida em áreas de referência definidas pelo método gravimétrico da ASTM A90/A90M ou por medidor magnético pela ASTM E376, com um número declarado de leituras por comprimento e uma média mínima e um valor individual mínimo declarados. A segunda é a aparência e continuidade: a superfície deve ser contínua, livre de manchas, bolhas, grumos e excesso de cinza de zinco, e as áreas da rosca devem apresentar o revestimento especificado com o perfil da rosca ainda dentro da tolerância após o revestimento. A terceira é a integridade dimensional e de pressão, verificada em relação ao padrão do tubo através do registro de teste hidrostático ou da rota de teste não destrutivo que o padrão permite.

Os documentos devem permitir que o tubo no local seja vinculado aos resultados do teste. Isso significa um certificado EN 10204 3.1 mostrando o padrão do tubo, classe, tamanho, número de calor e resultado do revestimento, e marcação no tubo ou feixe que carrega os mesmos identificadores. Quando for necessária uma inspeção por terceiros, a autorização de inspeção deverá ser emitida contra o relatório de teste real e não contra uma declaração genérica de conformidade.

Erros de especificação que vale a pena evitar

A maioria das reclamações sobre tubos galvanizados remonta a um pedido de compra incompleto. Os recorrentes são: citar uma espessura de revestimento sem método de ensaio ou plano de amostragem, para que o resultado não possa ser contestado ou defendido; especificando apenas o revestimento externo e deixando o furo para a fresadora; solicitar tubo A53, mas aceitar um padrão de tubo com tolerância de parede diferente; comprar tubo galvanizado para uma função acima da categoria ambiental que o revestimento pode suportar, como enterramento direto sem embalagem; e aceitar o corte de rosca após galvanização sem procedimento de reparo da rosca exposta. Cada uma delas é resolvida por uma ou duas linhas adicionais na consulta, e nenhuma delas pode ser fixada após a instalação do tubo.

Perguntas frequentes

P: Qual deve ser a espessura do revestimento de zinco em tubos de aço galvanizado?
Para serviços atmosféricos gerais, um revestimento médio de cerca de 55 a 85 micrômetros é típico sob ISO 1461 e ASTM A123/A123M, equivalente a aproximadamente 390 a 600 gramas por metro quadrado. Revestimentos mais espessos são especificados para serviços costeiros, industriais ou enterrados, onde a taxa de corrosão é maior.

P: Quanto tempo dura o tubo de aço galvanizado?
A vida depende principalmente do meio ambiente. Espere 50 anos ou mais em serviço interno seco, 20 a 40 anos em atmosferas costeiras ou industriais a 85 micrômetros e cerca de 10 a 20 anos em condições de alta salinidade ou industriais pesadas. O serviço enterrado geralmente precisa de um revestimento mais pesado com envoltório ou proteção catódica.

P: O tubo galvanizado pode ser soldado?
Pode, mas o zinco deve ser removido da área da junta, a extração de fumos é necessária porque o fumo de óxido de zinco é perigoso, e a solda e a zona afetada pelo calor devem ser revestidas novamente com um produto rico em zinco de acordo com ASTM A780. As juntas roscadas são preferidas onde o design permite.

P: O que é ferrugem branca e é um defeito?
A ferrugem branca é o hidróxido de zinco e o carbonato de zinco formados pela condensação em superfícies recém-galvanizadas em armazenamento úmido e sem ventilação. Consome revestimento e é um ponto legítimo de rejeição, mas é uma condição de armazenamento e não uma falha no processo de revestimento, e é evitado por ventilação, secagem e passivação.

P: Por que o tubo galvanizado sofre corrosão nas conexões com acessórios de latão ou cobre?
O zinco é anódico às ligas de cobre, portanto um par galvânico se forma na transição e o revestimento de zinco sofre corrosão preferencialmente. Uma união dielétrica ou uma conexão isolante revestida na transição é a solução usual.

P: Quais padrões se aplicam a tubos de aço galvanizado?
O próprio tubo de acordo com ASTM A53/A53M ou GB/T 3091 com dimensões de acordo com ASME B36.10M, o revestimento de acordo com ASTM A123/A123M, ISO 1461 ou EN 10240, acessórios roscados revestidos de acordo com ASTM A153/A153M, roscas de acordo com ASTM B1.20.1 e reparo de área danificada de acordo com ASTM A780.