As resistências de corrosão do tubo de aço revestido de esmalte em solução de NaCl de 3,5 wt% foram avaliadas e comparadas com as do tubo revestido de epóxi usando potencial de circuito aberto, resistência linear à larização po-larização e testes de espectros de impedância eletroquímica. O pó de esmalte T-001c e o esmalte GP2118 foram pulverizados em tubos de aço em processos úmidos e eletrostáticos, respectivamente. A composição de fase e as microestruturas dos dois esmaltes foram caracterizadas com difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura (SEM). A rugosidade superficial dos esmaltes e sua força de ligação com substratos de aço foram quantificadas para entender a qualidade do revestimento. As imagens da SEM revelaram que ambos os tipos de revestimentos de esmalte possuem uma estrutura sólida com bolhas isoladas. Os testes eletroquímicos mostraram alta resistência à corrosão dos revestimentos de esmalte, conforme verificado na inspeção visual nas amostras testadas. Em particular, as amostras revestidas de esmalte GP2118 consistentemente superaram as amostras revestidas de epóxi.
PALAVRAS-CHAVE: corrosão, espectroscopia de impedância eletroquímica, revestimento de esmalte, aço do gasoduto, microscopia eletrônica de varredura
Introdução
Gás natural, petróleo e gasodutos de transmissão e coleta de líquidos perigosos atingiram 484.000 milhas nos oleodutos de envelhecimento dos EUA 1 enfrentam redução
vida útil e confiabilidade como resultado da corrosão. Eles podem ser protegidos da corrosão por revestimento protetor, proteção catódica e uso de inibidores de corrosão. O revestimento como barreira física à penetração de eletrólitos é um dos métodos mais eficazes e eficientes na mitigação da corrosão.
Quando aplicado internamente em tubulações de aço, o revestimento tem várias vantagens. Primeiro, o revestimento interno pode impedir que fluido ou gás interajam e reajam com aço subjacente. Em segundo lugar, o tubo de aço revestido reduz depósitos microbiológicos e forma-se de biofilme de bactérias porque a maior rugosidade superficial do tubo não revestido ajuda a proteger as bactérias e fornecer condições de crescimento para colônias bacterianas.2 Terceiro e último, o
o revestimento interno pode reduzir a queda de pressão a uma longa distância de um gasoduto e, portanto, a energia necessária para transmitir petróleo e gás. A queda de pressão no tubo revestido foi experimentalmente demonstrada como 35% menor do que em tubo de aço nu em um número Reynolds de
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Hoje, revestimentos epóxi baseados em solventes em duas partes, revestimentos sem solventes e fundidos e revestimentos de poliamida são amplamente utilizados em gasodutos de petróleo bruto e gás natural.4-6 Esses revestimentos são fracamente ligados com
seu substrato de aço e, portanto, propenso a corrosão subtraída.7
O esmalte de porcelana, como um material inorgânico, é quimicamente ligado a metais substrato a uma temperatura de 750°C a ∼850°C. Ele não só pode ser finalizado com uma superfície lisa e estética, mas também fornecer estabilidade química ex-celular, boa resistência à corrosão e durabilidade em vários ambientes severos.8 Ao contrário
Revestimento epóxi, revestimento de esmalte não tem corrosão subtraída quando violado localmente por causa de sua ligação química com substratos metálicos.9 Tem sido amplamente utilizado para proteção de utensílios domésticos ou proteção de recipientes de aço em indústrias. Sua ressepulção de corrosão como revestimento protetor para reforço de aço em estruturas de concreto tem sido investigada em estudos pré-viosos e demonstrou ser satisfatória em geral.10-11
Neste estudo, o comportamento de corrosão do tubo de aço revestido internamente com dois tipos de esmalte (chorume T-001 e pó GP2118) foi examinado em solução de 3,5 wt% NaCl. A composição de fase e microestrutura dos esmaltes foram caracterizadas com difração de raios-X
(XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM), respectivamente. A rugosidade superficial do revestimento do esmalte e sua força de ligação sobre substratos de tubos de aço foram determinadas. Os comportamentos eletroquímicos foram estudados com potencial de circuito aberto (OCP), resistência linear à polarização (LPR) e testes de espectroscopia eletroquímica de impetuosidade (EIS). Inspeções visuais foram feitas em amostras testadas para qualquer sinal óbvio de corrosão. A resistência à corrosão do aço revestido de esmalte é comparada com a de aço revestido de epóxi.
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Esmaltação e espécimes
As resistências de corrosão do tubo de aço revestido de esmalte em solução de NaCl de 3,5 wt% foram avaliadas e comparadas com as do tubo revestido de epóxi usando potencial de circuito aberto, resistência linear à larização po-larização e testes de espectros de impedância eletroquímica. O pó de esmalte T-001c e o esmalte GP2118 foram pulverizados em tubos de aço em processos úmidos e eletrostáticos, respectivamente. A composição de fase e as microestruturas dos dois esmaltes foram caracterizadas com difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura (SEM). A rugosidade superficial dos esmaltes e sua força de ligação com substratos de aço foram quantificadas para entender a qualidade do revestimento. As imagens da SEM revelaram que ambos os tipos de revestimentos de esmalte possuem uma estrutura sólida com bolhas isoladas. Os testes eletroquímicos mostraram alta resistência à corrosão dos revestimentos de esmalte, conforme verificado na inspeção visual nas amostras testadas. Em particular, as amostras revestidas de esmalte GP2118 consistentemente superaram as amostras revestidas de epóxi.
PALAVRAS-CHAVE: corrosão, espectroscopia de impedância eletroquímica, revestimento de esmalte, aço do gasoduto, microscopia eletrônica de varredura
Introdução
Gás natural, petróleo e gasodutos de transmissão e coleta de líquidos perigosos atingiram 484.000 milhas nos oleodutos de envelhecimento dos EUA 1 enfrentam redução
vida útil e confiabilidade como resultado da corrosão. Eles podem ser protegidos da corrosão por revestimento protetor, proteção catódica e uso de inibidores de corrosão. O revestimento como barreira física à penetração de eletrólitos é um dos métodos mais eficazes e eficientes na mitigação da corrosão.
Quando aplicado internamente em tubulações de aço, o revestimento tem várias vantagens. Primeiro, o revestimento interno pode impedir que fluido ou gás interajam e reajam com aço subjacente. Em segundo lugar, o tubo de aço revestido reduz depósitos microbiológicos e forma-se de biofilme de bactérias porque a maior rugosidade superficial do tubo não revestido ajuda a proteger as bactérias e fornecer condições de crescimento para colônias bacterianas.2 Terceiro e último, o
o revestimento interno pode reduzir a queda de pressão a uma longa distância de um gasoduto e, portanto, a energia necessária para transmitir petróleo e gás. A queda de pressão no tubo revestido foi experimentalmente demonstrada como 35% menor do que em tubo de aço nu em um número Reynolds de
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Hoje, revestimentos epóxi baseados em solventes em duas partes, revestimentos sem solventes e fundidos e revestimentos de poliamida são amplamente utilizados em gasodutos de petróleo bruto e gás natural.4-6 Esses revestimentos são fracamente ligados com
seu substrato de aço e, portanto, propenso a corrosão subtraída.7
O esmalte de porcelana, como um material inorgânico, é quimicamente ligado a metais substrato a uma temperatura de 750°C a ∼850°C. Ele não só pode ser finalizado com uma superfície lisa e estética, mas também fornecer estabilidade química ex-celular, boa resistência à corrosão e durabilidade em vários ambientes severos.8 Ao contrário
Revestimento epóxi, revestimento de esmalte não tem corrosão subtraída quando violado localmente por causa de sua ligação química com substratos metálicos.9 Tem sido amplamente utilizado para proteção de utensílios domésticos ou proteção de recipientes de aço em indústrias. Sua ressepulção de corrosão como revestimento protetor para reforço de aço em estruturas de concreto tem sido investigada em estudos pré-viosos e demonstrou ser satisfatória em geral.10-11
Neste estudo, o comportamento de corrosão do tubo de aço revestido internamente com dois tipos de esmalte (chorume T-001 e pó GP2118) foi examinado em solução de 3,5 wt% NaCl. A composição de fase e microestrutura dos esmaltes foram caracterizadas com difração de raios-X
(XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM), respectivamente. A rugosidade superficial do revestimento do esmalte e sua força de ligação sobre substratos de tubos de aço foram determinadas. Os comportamentos eletroquímicos foram estudados com potencial de circuito aberto (OCP), resistência linear à polarização (LPR) e testes de espectroscopia eletroquímica de impetuosidade (EIS). Inspeções visuais foram feitas em amostras testadas para qualquer sinal óbvio de corrosão. A resistência à corrosão do aço revestido de esmalte é comparada com a de aço revestido de epóxi.
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Esmaltação e espécimes
Um tubo de aço API 5L X65 (MRC Global) com 323,85 mm de diâmetro externo e 9,53 mm de espessura da parede foi utilizado como metal substrato neste estudo. A composição química do aço fornecida pelo fornecedor é apresentada na Tabela 1. O tubo de aço foi cortado pela primeira vez em 18 25 mm × amostras de cupom de 50 mm. Os espécimes cortados foram então aço explodido por 1 min para se livrar da escala do moinho e ferrugem, e finalmente purificado com
um solvente de limpeza comercialmente disponível.
Dois tipos de esmalte foram aplicados nos cupons de aço: chorume T-001 e pó GP2118. As composições químicas de fritos de vidro T-001 e pó de esmalte GP2118 foram determinadas por fluorescência de raios-X (XRF) conforme apresentado na Tabela 2. O chorume de esmalte foi preparado pela primeira moagem de fritos de vidro, argila e certos eletrólitos, e depois misturando-os com água até que a mistura estivesse em estado de suspensão estável. O chorume de esmalte foi pulverizado manualmente em amostras de cupom usando uma pistola de pulverização, que foi alimentada por um jato de ar comprimido, conforme especificado na Tabela 3. Os espécimes foram aquecidos a 150°C por 10 minutos para afastar a umidade, disparados a 815°C por 10 minutos, e finalmente resfriados à temperatura ambiente. Para pulverização eletrostática, foi utilizado o pó de esmalte GP2118 com tamanho médio de partícula de 32,8 μm. Um campo elétrico foi formado entre um eletrodo de bico e a amostra. Partículas de esmalte, impulsionadas para fora da pistola de pulverização por um fluxo de ar, tornaram-se carregadas negativamente, migraram em direção à amostra (eletrodo positivo) e foram despositadas. Após a pulverização de energia, os cupons de aço foram movidos para um forno e disparados a 843°C por 10 minutos, e depois se mudaram e esfriaram para temperatura ambiente. A espessura do revestimento T-001 foi controlada pelo tempo de pulverização, enquanto a espessura do revestimento GP2118 foi controlada pelo número de pistolas de pulverização. Para comparação, as amostras de aço revestidas com epóxi foram pré-analisadas e testadas. Neste caso, o epóxi 3M Scotchkote 323†, aplicado na indústria de gasodutos, foi usado para revestir as amostras. Os cupons de aço foram revestidos por escovação de epóxi à temperatura ambiente e depois secos no ar por 3 d antes dos testes eletroquímicos.
Caracterização de Revestimentos de Esmalte
A espessura e a rugosidade do revestimento foram medidas com um medidor de espessura de revestimento MiniTest 6008† e microscópio óptico Hirox†, respectivamente.
A força de ligação entre o revestimento e seu aço substrato foi determinada utilizando PosiTest† seguindo ASTM D4541-09.12 Para melhorar sua ligação com o revestimento, uma boneca de diâmetro de 20 mm na base foi endurecida com papéis abrasivos, e limpa com álcool para remover oxidação e contaminantes. A base da boneca foi aderida com uma camada uniforme de cola à superfície de revestimento de teste. Após a cura por 24 horas, o revestimento ao redor da boneca foi removido usando uma ferramenta de corte de 20 mm, a fim de isolar a boneca em uma área de teste específica. A boneca foi finalmente retirada da superfície da amostra perpendicularmente a uma taxa de estresse de 0,4 MPa/s. Foi registrada a força máxima de cada amostra revestida.
Ao término dos testes de corrosão, as fases do revestimento foram examinadas diretamente na superfície de amostras de aço revestidas por XRD (Philip X’Pert†) com ângulo de difração (2φ) variando entre 10° e 55°. Seções transversais das amostras revestidas de esmalte foram preparadas para análise de microestrutura com o SEM (Hitachi S4700†). Cada amostra revestida de esmalte foi primeiramente montada em resina epóxi (EpoxyMount†, Allied High Tech Products, Inc.) e cortada em uma seção transversal de 10 mm de espessura usando uma serra de diamante. Em seguida, a seção transversal foi aramada com papéis de carboneto para 1200 grãos, enxaguados com água deionizada, e finalmente secos no ar à temperatura ambiente antes do exame. As imagens DA SEM foram analisadas com o software ImageJ† para avaliação de porosidade.
Testes eletroquímicos
Cada amostra foi soldada com um fio de cobre para medições eletroquímicas ilustradas na Figura 1. Todos os lados da amostra, exceto o rosto revestido de esmalte ou epóxi, foram cobertos com epóxi marinho.
