Aço de baixa{0}}liga à corrosão por água do mar-: classes, mecanismos e aplicações marítimas

O aço resistente à-corrosão da água do mar-de baixa liga é uma família de aços estruturais projetados para corroer mais lentamente na água do mar e em atmosferas marinhas. Nos serviços offshore e costeiros, essas classes normalmente duramduas a cinco vezes maisdo que o aço carbono simples - e é por isso que eles se tornaram um material-de referência para portos, plataformas offshore e infraestrutura costeira onde o acesso para manutenção é difícil e caro.

Se você estiver especificando materiais para um projeto marítimo, aqui está o que você precisa saber sobre como esses aços funcionam, quais classes atendem a quais condições e onde estão seus limites.

1. De onde vieram esses aços

A história começa em1951, quando a United States Steel (USS) desenvolveu oMarinheirograu - um sistema de cobre-fósforo-níquel que foi o primeiro aço comercial do mundo resistente à corrosão-da água do mar. Ele foi projetado principalmente para proteção de zonas-de respingos em estacas pranchas portuárias e praticamente dobrou a vida útil do aço carbono nessa zona. Mas tinha uma desvantagem: o alto teor de fósforo (0,08–0,15%) dificultava a soldagem, especialmente em chapas mais espessas.

O Japão levou o conceito adiante na década de 1960. A JFE (então NKK) e a Nippon Steel desenvolveram oMariloysérie, reduzindo deliberadamente o fósforo para menos ou igual a 0,03% e mudando para um sistema de liga-à base de cromo. A família Mariloy, na verdade, inclui vários sub-graus - Cu-Cr-P, Cu-Cr-Al-P e variantes Cu-Cr-Mo -, todos construídos em torno de aproximadamente 1% de cromo como o principal elemento resistente à corrosão-. Isso proporcionou melhor soldabilidade, mantendo um forte desempenho contra corrosão.

A França desenvolveu oAPSsérie (sistema Cr-Al) e outras nações siderúrgicas adaptaram esses conceitos em seus próprios padrões nacionais.

A pesquisa interna da China começou em meados da{2}}década de 1960. Depois de analisar centenas de composições experimentais, o sistema Cr-Mo-Al emergiu como o projeto nacional líder - mais notavelmente10CrMoAl, agora padronizado sob GB/T 30070-2013. A Baosteel desenvolveu mais tarde oQ345CNHY3(sistema Cr-Cu-Mo), que tem sido fornecido em volume para grandes projetos portuários, incluindo o Porto de Águas Profundas de Yangshan.

2. Como funcionam os elementos de liga

A resistência à corrosão não vem de um elemento -, mas de como várias adições interagem durante o processo de corrosão:

Cobre (Cu) e Fósforo (P)

À medida que o aço sofre corrosão, estes dois promovem a formação de uma camada de ferrugem compacta e aderente, enriquecida com compostos de cobre e fósforo. Esta camada preenche os poros que tornam a ferrugem comum porosa e permeável, criando uma barreira física contra a penetração de oxigênio e cloreto. A camada também mostra umatendência-de autocura- se danificados localmente, os elementos de liga re-precipitam da matriz circundante e ajudam a selar a violação.

Cromo (Cr)

O principal elemento-de fortalecimento do filme na maioria das séries modernas. Cr enriquece a camada protetora de ferrugem, melhorando sua densidade e estabilidade. No sistema Mariloy, o Cr e o Si juntos promovem a formação de filmes estáveis ​​de sulfato que também inibem o crescimento bacteriano na água do mar poluída.

Níquel (Ni)

Enriquece ainda mais a camada protetora contra ferrugem e melhora a resistência geral à corrosão, particularmente na exposição atmosférica marítima. O Ni é mais proeminente no sistema Mariner original e nos novos tipos de aço para intemperismo.

Molibdênio (Mo)

Combate especificamente a corrosão em ambientes-ricos em cloreto -, o modo de falha que torna a água do mar tão agressiva em relação ao aço. Mo trabalha sinergicamente com Cr para reparar locais-de cavas em estágio inicial, repassivando a superfície antes que as cavas possam se propagar.

Alumínio (Al)

Em classes como 10CrMoAl, o Al reage com o oxigênio para formar um filme denso de Al₂O₃ que fornece uma barreira física adicional. Os íons Cr e Mo também ajudam a preencher os poços de corrosão iniciados pelo ataque de cloreto, formando uma camada protetora secundária.

O efeito combinado é uma taxa de corrosão significativamente menor que a do aço carbono na água do mar e em atmosferas marinhas - particularmente nas zonas de respingos e marés onde o aço comum não consegue formar uma película protetora estável.

Considerações sobre soldagem

O elevado teor de fósforo (0,08–0,15%) no grau Mariner original foi uma compensação deliberada-: melhor resistência à corrosão, mas maior suscetibilidade a rachaduras na solda. Placas com mais de 20 mm de espessura geralmente não eram recomendadas para soldagem.

As notas modernas resolveram isso em grande parte. Mariloy reduziu P para menos ou igual a 0,03%, e 10CrMoAl controla P em menos ou igual a 0,025% com um equivalente de carbono (CEV) normalmente menor ou igual a 0,45%. Para 10CrMoAl, pré-aquecimento a150–200 grauscom consumíveis com baixo-hidrogênio (por exemplo, eletrodos do tipo E5015-) e alívio de tensão pós-soldagem é uma prática padrão. Sempre confirme o procedimento específico de soldagem com a ficha técnica da fábrica e os requisitos da sua sociedade classificadora.

3. As cinco zonas de corrosão marinha

O comportamento da corrosão muda drasticamente com a posição relativa à linha d'água. Os engenheiros distinguem cinco zonas:

Conclusão do design

Como uma classe tem desempenho diferente nessas zonas, a tolerância à corrosão, a especificação do revestimento e o projeto de proteção catódica devem ser definidospor zona- não aplicado uniformemente. A zona de respingo quase sempre recebe a maior tolerância à corrosão (normalmente 3–6 mm de espessura de parede extra) e o sistema de revestimento mais robusto (por exemplo, epóxi em flocos de vidro com 600–1000 μm DFT).

4. Classes típicas e sistemas de liga

Ao selecionar uma nota, três coisas são mais importantes: opadrão governante(GB/T 30070, GB/T 712 ou a especificação relevante da sociedade classificadora), olimite de escoamento necessáriopara o seu projeto estrutural, e ocategoria de corrosividadedo local de instalação real. Não confie apenas em nomes genéricos de qualidade - sempre verifique o certificado da fábrica (MTC) e confirme a química em relação ao padrão.

5. Aplicações

Esses aços são usados ​​principalmente em engenharia naval portuária e em águas rasas:{0}}

Estruturas portuárias:cais, molhes, quebra-mares, estacas pranchas

Plataforma offshorepernas e membros da zona-splash

Pontes costeirase cais

Gasoduto submarinosuportes e caixas de riser

Entrada e saída de água do martubulação

Revestimento do casco do navionas zonas de maré e splash

Usina costeirasistemas de água de resfriamento

Eles são escolhidos em vez do aço carbono simples porque a menor taxa de corrosão se traduz em maior vida útil e manutenção menos frequente - uma vantagem significativa quando você está lidando com estruturas cujo acesso é caro ou perigoso.

Mas eles sãonão é uma solução independente. Revestimentos protetores e proteção catódica ainda são necessários para a maioria das aplicações estruturais permanentes. Para serviços altamente corrosivos ou críticos onde a manutenção do revestimento é impraticável - tubos do trocador de calor, componentes internos da bomba, sedes de válvulas - aço inoxidável (316L ou duplex 2205) ou placa revestida são a melhor escolha.

Fábrica de tubos de aço de baixa liga

6. O que esses aços farão ou não

Vai:

Reduza a taxa de corrosão de 2 a 5 vezes em comparação com o aço carbono na água do mar

Forme uma camada de ferrugem mais estável-reparável que retarda ataques contínuos

Reduza a frequência de manutenção e aumente a vida útil do projeto

Trabalhe com procedimentos de soldagem padrão (em classes modernas de baixo-P)

Não vai:

Substituir revestimentos ou proteção catódica em estruturas marítimas permanentes

Combine a resistência à corrosão de aço inoxidável ou ligas de níquel

Elimine a corrosão em condições de leito marinho estagnado, com alto teor de-cloreto ou bactérias-ativas

Desempenho igualmente bom em todas as cinco zonas - a zona inicial é onde eles brilham

Perguntas frequentes

O que é aço de baixa{0}}liga resistente à corrosão-pela água do mar?

É um aço estrutural com pequenas adições de Cu, P, Cr, Ni e Mo projetado para formar uma camada protetora de ferrugem na água do mar. O teor total de liga é baixo (normalmente abaixo de 2%), mantendo o custo próximo ao do aço carbono e, ao mesmo tempo, proporcionando desempenho de corrosão 2 a 5 vezes melhor em ambientes marinhos.

Quanto tempo dura em comparação com o aço carbono na água do mar?

Na zona de respingos - o ambiente mais agressivo - o aço carbono pode sofrer corrosão entre 0,3 e 0,5 mm/ano, enquanto os graus resistentes à água do mar-normalmente apresentam corrosão entre 0,1 e 0,2 mm/ano. Em condições totalmente imersas a diferença é menor, mas ainda significativa. As taxas exatas dependem da temperatura, salinidade, velocidade do fluxo e bioincrustação.

Este aço ainda precisa de revestimento e proteção catódica?

Sim. Esses aços corroem mais lentamente - eles não param de corroer. Para estruturas permanentes, como plataformas offshore e instalações portuárias, ainda são necessários revestimento protetor e proteção catódica. A liga reduz as consequências da quebra do revestimento, proporcionando mais tempo entre os ciclos de manutenção.

Qual é a diferença entre Mariner, Mariloy e 10CrMoAl?

Todos os três contam com uma camada protetora contra ferrugem, mas os sistemas de liga são diferentes. Mariner (EUA) usa Cu-P-Ni, Mariloy (Japão) usa Cr-Cu-Mo e 10CrMoAl (China) usa Cr-Mo-Al. A classe chinesa adiciona alumínio para maior estabilidade da camada-de ferrugem. Os níveis de força e a química exata seguem o padrão vigente para cada série.

Pode substituir o aço inoxidável na água do mar?

Não para aplicações críticas. Classes inoxidáveis ​​como 316L têm resistência à corrosão significativamente maior e são preferidas para trocadores de calor, componentes internos de bombas e outros componentes onde uma camada de ferrugem não pode ser tolerada. O aço de baixa{3}}liga resistente à água do mar-é um material estrutural - é melhor que o aço carbono e não um substituto para o aço inoxidável.

Referências

GB/T 30070-2013- Placas de aço resistentes- à corrosão para água do mar (padrão chinês cobrindo 10CrMoAl e classes relacionadas)

GB/T 712- Aço estrutural para construção naval e engenharia oceânica (padrão chinês que abrange tipos de aço estrutural marítimo)

GB/T 3077-2015- Aços estruturais de liga (padrão chinês, também referenciado para 10CrMoAl)

DNV-RP-B401- Projeto de proteção catódica (para proteção-baseada em zona de estruturas marítimas)

IMO MSC.291(87)- Padrão de Desempenho para Meios Alternativos de Proteção Contra Corrosão para Tanques de Carga de Petroleiros de Petróleo Bruto

EN 10225- Aços estruturais soldáveis ​​para estruturas fixas offshore (padrão europeu para aços estruturais-de grau marítimo)

NACEMR0175/ISO 15156- Materiais para uso em ambientes contendo H₂S-na produção de petróleo e gás (relevante para condições marítimas-de serviço ácido)

EN 12944-9- Tintas e vernizes: Sistemas de pintura protetora para estruturas offshore e relacionadas (para seleção do sistema de revestimento por zona)