Estudo da corrosão do aço ao carbono em meio de sulfeto

Este trabalho apresenta o estudo da corrosão dos aços carbono 1020 e 1040 em solução aquosa contendo H2S dissolvido, em diferentes pHs de modo que se tivesse em solução as espécies H2Saq e HSaq. Os eletrólitos usados foram: tampão acetato e fosfato, na presença e ausência de 3,5% de NaCl em uma solução contendo 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000 e 2000 ppm de Na2S. A corrosão do aço foi estudada por meio de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), curvas de polarização (CP), medidas de potencial de circuito aberto (Eca) e microscopia óptica in situ. Outros experimentos foram realizados buscando entender o processo de corrosão do aço em meio de sulfeto. Assim, a influência dos 4 fatores (espécie de sulfeto, concentração, presença de cloreto e tipo de aço) foi avaliada pela interpretação das interações e efeitos principais dentro de experimentos usando planejamento fatorial. A caracterização dos filmes foi realizada por espectroscopia de impedância eletroquímica in situ e por técnicas ex situ, como difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). As medidas EIE apresentaram duas regiões distintas, em alta e baixa frequências e a interpretação dos resultados envolveu uma combinação de parâmetros de circuitos equivalentes relacionados à difusão de espécies através do filme, resistências à transferência de carga, capacitâncias e elementos de fase constante (CPE). Esses elementos foram utilizados procurando descrever o mecanismo de corrosão do ferro na presença das diferentes espécies de sulfeto. A influência da concentração de H2S e o efeito do tempo de imersão da amostra de aço no meio corrosivo foi investigado. Na presença do H2S os valores Rct apresentam um aumento inicial e depois diminuem com tempo de imersão. Conclui-se que há a formação de uma película protetora que atinge uma espessura máxima em 3 h e esta camada então se dissolve e volta a crescer novamente, até atingir um valor de equilíbrio com o tempo de imersão de 10 h. Valores elevados de capacitância foram obtidos para filmes porosos e que apresentaram um grande número de defeitos levando a um aumento da corrosão. Pelo planejamento fatorial concluiu-se que a espécie de sulfeto é o fator mais relevante para o processo de corrosão, seguido da concentração e da presença de cloreto no meio. Na presença de H2S ocorre a dissolução ativa do ferro e na presença de HS- pode haver a formação de um filme protetor. Pelas imagens de microscopia óptica in situ, realizadas durante as medidas eletroquímicas, pode-se observar a dissolução da ferrita na região da perlita e a formação dos filmes de sulfeto de ferro com diferentes cores. A análise morfológica e classificação dos tipos de corrosão de superfície, realizadas por processamento digital das imagens, mostraram que ocorre a corrosão intergranular e por pites e que a formação do filme ocorre inicialmente sobre uma das fases do aço carbono, os grãos perlíticos.This work presents a study of the 1020 and 1040 carbon steel corrosion in aqueous solution containing dissolved H2S in order to investigate the effect of H2Saq and HSaq species. Some different electrolytes were used: acetic acid buffer and phosphate buffer in presence or absence of 3.5 wt% NaCl solution containing 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000 and 2000 ppm of Na2S. The corrosion steel was described by means electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potential polarization curves (PC), open circuit potential (Eoc) and in situ optical microscopy. Other experiments were carried out seeking to understand the steel corrosion process in sulfide solution. Thus, the influence of the 4 factors together (sulfide species, concentration, presence of chloride and steel type) was assessed by the interpretation of interactions and main effects in an experiments using factorial design. The characterization of the films was performed by electrochemical impedance spectroscopy in situ and ex situ techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The EIS measurements showed two distinct regions, high and low frequencies and the data analysis as a combination of diffusion and charge transference resistance, capacitances and constant phase elements (CPE). This parameters allow studying the corrosion of iron in presence of different sulfide species. The influence of total H2S concentration as well as the effect of immersion time on the corrosion was investigated too. In presence of the H2S the Rct values increase initially with immersion time but then decrease gradually. We concluded that there is formation of a protective film that reaches its maximum thickness after 3 h, and this layer is later dissolved to grow back again until reaching an equilibrium value at immersion time over 10 h. If the sulfide films has many porous, the capacitance presents high values to the corrosion process. In this case the number of defects of the sulfide films is proportional to increasing of corrosion. For the factorial design it was concluded that the species of sulfide is the most relevant factor for the corrosion process, followed by concentration and the presence of chloride in the solution. In the presence of H2S happens to active dissolution of iron and in the presence of HS- can occur the formation of a protective film. By images of in situ optical microscopy, carried out during the electrochemical measurements, one can observe the dissolution of ferrite in the pearlitic region and a formation of iron sulfide films with different colors. Morphological analysis and classification of surface corrosion damage, carried out by digital processing of images, show that happens grain-boundaries corrosion, pitting corrosion and formation of sulfide film initially over pearlitic grains