Por que a precipitação de carbonetos de cromo em contorno de grão, de aços inoxidáveis, é prejudicial. Por que ocorre a corrosão em contorno de grão, neste caso, e quais as formas de combater este problema?

Passo 1

O enunciado pergunta por que a precipitação de carbonetos de cromo em contorno de grão em aços inoxidáveis é prejudicial, qual a origem da corrosão intergranular nesse caso e como combater o problema. O conteúdo envolve difusão de carbono, formação de carbonetos ( \text{Cr}_{23}\text{C}_6), zonas de depleção de cromo e passivação em aços inoxidáveis.

Passo 2

Em aços inoxidáveis do tipo austenítico (por ex. 304), quando o material é exposto a temperaturas entre aproximadamente \,450^\circ\text{C} e \,850^\circ\text{C}, o carbono em solução sólida tende a migrar para os contornos de grão, regiões de maior energia livre. Ali, ele reage com átomos de cromo para formar o carboneto \text{Cr}_{23}\text{C}_6 segundo a reação simplificada:
23\,\text{Cr}_{(\text{sólido})} + 6\,\text{C}_{(\text{sólido})} \;\longrightarrow\;\text{Cr}_{23}\text{C}_6{}_{(\text{sólido})}.óóó
Essa precipitação localizada consome o cromo imediatamente adjacente aos contornos.

Passo 3

A formação de \text{Cr}_{23}\text{C}_6 cria nas vizinhanças do contorno uma zona empobrecida em cromo. Como a passivação dos aços inoxidáveis depende de um teor mínimo de cromo livre no aço (cerca de 10,5–12 % em massa), nas regiões deplecionadas esse teor cai abaixo do limite crítico e a camada passiva de óxido de cromo não se forma adequadamente. O resultado é ataque preferencial nessas regiões, caracterizando a corrosão intergranular.

Passo 4

Formas de combater a corrosão em contorno de grão por carbonetos de cromo:
  1. Reduzir o teor de carbono na liga para valores abaixo de \,0{,}03\% (graus “L”, como 304L), de modo a limitar a quantidade de carbonetos que podem precipitar.
  2. Adotar aços estabilizados com titânio ou nióbio (por ex. 321, 347), que formam carbonetos destes elementos em vez de \text{Cr}_{23}\text{C}_6, preservando o cromo em solução.
  3. Fazer têmpera de solução, aquecendo a cerca de \,1050^\circ\text{C} para dissolver todos os carbonetos e em seguida resfriar rapidamente (“quench”), evitando nova precipitação.
  4. No processo de soldagem, usar técnicas de baixa entrada de calor e resfriamento rápido ou aplicar tratamento pós-soldagem de solução, para impedir que a zona termicamente afetada permaneça tempo suficiente na faixa de sensibilização.

Resposta

A precipitação de \text{Cr}_{23}\text{C}_6 em contorno de grão é prejudicial porque empobrece localmente o cromo necessário à formação da camada passiva, gerando ataques intergranulares. A corrosão ocorre pela queda do teor de cromo abaixo do limite crítico nas zonas adjacentes, impedindo a passivação. Para combater, pode-se usar baixíssimo carbono ( <0,03\%), aços estabilizados (Ti, Nb), têmpera de solução com resfriamento rápido e cuidados térmicos em soldagem.

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