Por Hector Muñoz*

Os aços patináveis, conhecidos como aços Cor-Ten, surgiram nos anos 30 nos Estados Unidos e correspondem a uma antiga patente da United States Steel Corporation. Inicialmente, este aço foi aplicado na fabricação de vagões, devido à sua boa resistência à corrosão e abrasão.

Estes tipos de aços são de alta resistência e de baixa liga que, em condições atmosféricas normais, têm um comportamento anticorrosivo aprimorado em comparação com um aço carbono-manganês comum.

A diferença metalúrgica entre um aço patinável e um aço comum está na adição de elementos de liga, como cromo, cobre e níquel, que proporcionam esse melhor comportamento de corrosão. Na Figura 1, pode ser observada a característica estética do aço patinável.

Fig. 1. Ponte de aço patinável

Na presença de umidade e ar, todos os aços se oxidam, mas a velocidade com que isso ocorre depende do acesso ao oxigênio, umidade e poluentes atmosféricos na superfície do metal. Na medida em que esse processo progride, forma-se uma camada de óxido, que age como uma barreira que impede a entrada de oxigênio, umidade e contaminantes, enquanto a taxa de oxidação diminui.

Porém, existem algumas diferenças entre um aço comum e um aço patinável. Em um aço comum, essa camada de óxido é porosa e se separará da superfície do aço após algum tempo e, assim, o ciclo de corrosão começará novamente a formar uma nova camada de óxido. Com um aço patinável, o processo de oxidação começa da mesma maneira, mas os elementos de liga presentes produzirão uma camada de óxido mais estável, menos porosa e mais aderente à superfície, conhecida como pátina.

É necessário considerar que, para formar essa pátina de ferrugem, é necessário que o aço seja exposto a ciclos alternados de umidade e secagem, que formarão uma barreira protetora que reduzirá a taxa de corrosão, como pode ser visto na Figura 2.

Fig. 2. Comparação esquemática da perda de corrosão entre aço comum e patinável

Por sua vez, os aços galvanizados por imersão a quente são aqueles produzidos através de um processo em que uma peça de aço é imersa em um banho de zinco fundido a uma temperatura de aproximadamente 450°C. As origens desse processo remontam a mais de 250 anos, mas atualmente as novas tecnologias estão contribuindo para a evolução contínua desse processo.

Durante a imersão das peças, ocorre uma reação metalúrgica entre o ferro do aço e o zinco líquido, formando um revestimento de liga fortemente aderido ao aço; isso dará à estrutura características de proteção superiores contra a corrosão.

O revestimento no aço é formado por uma série de camadas intermetálicas, sendo a camada externa e visível de zinco puro, como mostra o esquema da Figura 3. Esse tipo de revestimento não apenas cria uma barreira protetora que isola o aço do meio ambiente, mas também oferece proteção catódica.

A proteção catódica oferecida pelo zinco significa que o revestimento também é sacrificado para proteger o aço da corrosão; mesmo se o revestimento estiver danificado, a ação do zinco protegerá o aço exposto a até ¼ de polegada de distância.

Fig. 3. Esquema de recobrimento típico do galvanizado por imersão a quente

Além da proteção de barreira e proteção catódica oferecida pela galvanização por imersão, há outras características que proporcionam longevidade às estruturas. Primeiro, a reação no banho de galvanização é um processo de difusão, o que significa que o revestimento cresce perpendicularmente à superfície, garantindo que todos os cantos e bordas tenham pelo menos a mesma espessura de revestimento que as superfícies planas.

Além disso, submergir a peça na cuba dá um revestimento total da peça, incluindo as superfícies internas.

Finalmente, o revestimento de zinco exposto a ciclos úmidos e secos no ambiente também desenvolverá naturalmente uma pátina, conhecida como pátina de zinco, formada por carbonatos de zinco e que, normalmente, leva entre seis e 12 meses para desenvolver-se.

Esta pátina é fina, estável e aderente ao revestimento e corrói muito lentamente, o que contribuirá para a longa vida útil das estruturas de aço galvanizado. Na Figura 4, pode ser observada a característica estética do aço galvanizado por imersão a quente.

Fig. 4. Ponte construída em aço galvanizado

Resistência – Os aços patináveis são resistentes à corrosão e, portanto, têm um elevado número de aplicações. No entanto, existem algumas limitações no uso, que podem causar problemas de durabilidade.

Em geral, o desempenho dos aços patináveis em condições ambientais exigentes não será completamente satisfatório. Portanto, seu uso é limitado em casos como:

• Ambientes marinhos, caracterizados pela alta concentração de cloretos ou névoa salina
• Condições de umidade constante ou permanente, como estruturas submersas em água, enterradas ou cobertas por vegetação, nas quais essa pátina protetora não será formada, causando corrosão acelerada
• Condições de poluição atmosférica, onde existem altas concentrações de produtos químicos corrosivos ou fumos industriais (SO₂)

Por outro lado, existem algumas considerações de desenho que também devem ser levadas em consideração no momento de usar um aço patinável. Embora a taxa de corrosão seja muito menor que a de um aço estrutural comum, não podemos ignorar a perda da espessura corroída para formar a pátina.

Para compensar essa perda de massa, geralmente é fornecida uma espessura adicional em cada superfície exposta (espessuras mais espessas), acima do especificado, para atender aos requisitos de projeto estrutural e não comprometer a resistência.

No caso dos aços galvanizados, a resistência à corrosão de uma estrutura é proporcional à espessura do revestimento, mas varia com a severidade das condições ambientais. Em um processo de galvanização por imersão a quente, as espessuras típicas do revestimento de zinco variam de 55 mícrons (2,2 mils) a 100 mícrons (3,9 mils). Vários estudos demonstraram o bom desempenho deste sistema de proteção sob várias condições ambientais.

A Figura 5 mostra os tempos de serviço estimados de um aço galvanizado até a primeira manutenção. Pode-se observar que é possível obter tempos estimados superiores a 70 anos em vários tipos de ambientes corrosivos, classificados segundo a norma ISO 9223 de C1 – taxa de corrosividade muito baixa, a CX – taxa de corrosividade extrema, medidas em μm/ano.

Devido a essa característica e à proteção duradoura oferecida pelo revestimento de zinco, os custos de manutenção de um ativo são praticamente zero ou muito baixos.

Fig. 5. Relação da vida útil do aço galvanizado e espessura do revestimento

Comparação – Abaixo, a tabela auxilia na comparação do desempenho de ambas as alternativas quando expostas a diferentes condições ambientais.

Conclusões – Em várias condições ambientais, o aço galvanizado a quente prova ser um método de proteção eficaz, durável e sem manutenção.

Os aços patináveis, por outro lado, têm uma melhor resistência à corrosão em comparação com o aço comum. No entanto, existem condições exigentes em que seu uso é menos recomendado.

*Hector Muñoz é engenheiro metalurgista da Nexa Resources