Formas de corrosión
A menudo se puede obtener información valiosa para resolver problemas de
corrosión mediante la observación cuidadosa de las muestras de prueba
corroídas o del equipo averiado.
De hecho, la corrosión se clasifica según la forma en que se manifiesta. Sus
diversas formas se agrupan según la apariencia del metal corroído y las formas
de corrosión se identifican mediante observación visual. En la mayoría de los
casos, basta con observar una simple vista, pero a veces es útil o necesario
utilizar una lupa.
Las diversas formas de corrosión se analizan en términos de sus características,
medidas y mecanismos preventivos en los enlaces que aparecen a
continuación.
Grupo 1:
Corrosión determinada por observación visual
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Uniforme
Picaduras
Hendidora
Formulario de relleno
Paquete de óxido
Galvánico
Lamelar
Grupo 2:
Corrosión que requiere medios de examen adicionales
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Erosión
Cavitación
Preocupación
Intergranular
Exfoliación
Desaleación (también conocida como lixiviación selectiva)
Grupo 3:
Corrosión que requiere verificación microscópica
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Agricultura ambiental
Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC)
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Fatiga por corrosión
Fragilización por hidrógeno
Relacionado: Corrosión influida microbiológicamente
Si bien técnicamente no es una forma de corrosión, los microbios o bacterias en
las superficies de los materiales pueden acelerar el proceso de deterioro y
causar corrosión influenciada microbiológicamente .
Erosión por cavitación
La cavitación se produce cuando la presión operativa de un fluido cae por
debajo de su presión de vapor, lo que provoca la formación de bolsas de gas y
burbujas que se derrumban. Esto puede ocurrir de una forma bastante
explosiva y dramática. De hecho, puede producir vapor en la succión de una
bomba en cuestión de minutos. Cuando se supone que un fluido de proceso es
agua a una temperatura de entre 20 y 35 °C, esto es totalmente inaceptable.
Además, esta condición puede formar una exclusión de aire, que impide que
cualquier fluido entrante ofrezca efectos de enfriamiento, lo que agrava aún
más el problema. Los lugares donde es más probable que esto ocurra incluyen:
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En la succión de una bomba, especialmente si opera cerca de la altura
de succión neta positiva requerida ((NPSHR)
En la descarga de una válvula o regulador, especialmente cuando opera
en una posición casi cerrada
En otras áreas de flujo afectadas por la geometría, como codos de
tuberías y expansiones
Por procesos que provocan una expansión repentina, lo que puede
provocar caídas drásticas de presión.
Esta forma de corrosión corroerá las volutas y los impulsores de las bombas
centrífugas con agua ultrapura como fluido. Corroerá los asientos de las
válvulas. Contribuirá a otras formas de corrosión por erosión , como la que se
encuentra en codos y tes. La cavitación se debe diseñar reduciendo los
gradientes de presión hidrodinámica y diseñando para evitar caídas de presión
por debajo de la presión de vapor del líquido y la entrada de aire. El uso de
recubrimientos resistentes y protección catódica también se puede considerar
como métodos de control complementarios.
Corrosión por grietas
La corrosión por grietas es una forma localizada de corrosión que suele estar
asociada a una solución estancada en el nivel microambiental. Estos
microambientes estancados tienden a producirse en grietas como las que se
forman debajo de juntas, arandelas, material aislante, cabezales de
sujetadores, depósitos superficiales, revestimientos desprendidos, roscas,
juntas de solape y abrazaderas. La corrosión por grietas se inicia por cambios
en la química local dentro de la grieta:
a. Agotamiento del inhibidor en la grieta.
b. Agotamiento de oxígeno en la grieta.
c. Un cambio hacia condiciones ácidas en la grieta.
d. Acumulación de especies de iones agresivos (por ejemplo, cloruro) en la
grieta.
Como la difusión de oxígeno en la grieta está restringida, tiende a formar una
célula de aireación diferencial entre la grieta (microambiente) y la superficie
externa (ambiente general). Aquí se ilustra la cronología de los factores
agravantes que conducen a una grieta completamente abierta.
-Inicialmente, el contenido de oxígeno en el agua que ocupa una grieta es igual
al nivel de oxígeno soluble y es el mismo en todas partes.
La reacción de reducción catódica del oxígeno no puede mantenerse en la zona
de la grieta, lo que le confiere un carácter anódico en la celda de concentración.
Este desequilibrio anódico puede provocar la creación de condiciones
microambientales altamente corrosivas en la grieta, que favorecen una mayor
disolución del metal. Esto da como resultado la formación de un
microambiente ácido, junto con una alta concentración de iones de cloruro.
-Los iones metálicos producidos por la reacción de corrosión anódica se
hidrolizan fácilmente, emitiendo protones (ácido) y formando productos de
corrosión.
Todas las formas de corrosión en celdas de concentración pueden ser muy
agresivas y todas son resultado de diferencias ambientales en la superficie de
un metal. Incluso los entornos atmosféricos más benignos pueden volverse
extremadamente agresivos, como se ilustra en este ejemplo de corrosión en
aeronaves (imagen cortesía de Mike Dahlager). Esta forma avanzada de
corrosión en grietas se denomina "cojinete".
La forma más común es la corrosión celular por diferencial de oxígeno. Esto
ocurre porque la humedad tiene un contenido de oxígeno menor cuando se
encuentra en una grieta que cuando se encuentra sobre una superficie. El
menor contenido de oxígeno en la grieta forma un ánodo en la superficie del
metal. La superficie del metal en contacto con la parte de la película de
humedad expuesta al aire forma un cátodo.
Una forma especial de corrosión por grietas en la que la acumulación de
productos químicos agresivos se produce debajo de una película protectora
que se ha roto se denomina " corrosión filiforme ". Puede ocurrir una forma
grave de corrosión por grietas debajo del aislamiento.
Fatiga por corrosión
La fatiga por corrosión es el resultado de la acción combinada de tensiones
alternas o cíclicas y un entorno corrosivo. Se cree que el proceso de fatiga
provoca la ruptura de la película pasiva protectora, con lo que se acelera la
corrosión. Si el metal se expone simultáneamente a un entorno corrosivo, la
falla puede producirse con cargas incluso menores y después de un tiempo
más corto.
En un entorno corrosivo, el nivel de tensión en el que se podría suponer que un
material tiene una vida útil infinita se reduce o se elimina por completo. A
diferencia de la fatiga mecánica pura, no existe una carga límite de fatiga en la
fatiga asistida por corrosión.
Tanto la fatiga por corrosión como el desgaste por frotamiento pertenecen a
esta clase. En un entorno corrosivo pueden producirse tensiones de rotura
mucho menores y tiempos de rotura mucho más cortos que en una situación en
la que la tensión alterna se produce en un entorno no corrosivo.
La fractura por fatiga es frágil y las grietas suelen ser transgranulares, como en
el agrietamiento por corrosión bajo tensión, pero no ramificadas. El entorno
corrosivo puede provocar un crecimiento más rápido de las grietas o un
crecimiento de las grietas a un nivel de tensión más bajo que en aire seco.
Incluso las atmósferas corrosivas relativamente suaves pueden reducir
considerablemente la resistencia a la fatiga de las estructuras de aluminio,
hasta un 75 a 25 % de la resistencia a la fatiga en aire seco. Ningún metal es
inmune a cierta reducción de su resistencia a la tensión cíclica si el metal se
encuentra en un entorno corrosivo. El control de la fatiga por corrosión se
puede lograr reducir las tensiones cíclicas o mediante diversas medidas de
control de la corrosión. Consulte la lista de verificación.
Lista de verificación de posibilidades de protección
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Minimizar o eliminar las tensiones cíclicas.
Reducir la concentración de estrés o redistribuir el estrés (equilibrar la
fuerza y el estrés en todo el componente)
Seleccione la forma correcta de las secciones críticas.
Prevenir cambios rápidos de carga, temperatura o presión.
Evitar el estrés interno
Evite diseños que produzcan vibraciones o que las transmitan.
Aumente la frecuencia natural para reducir la fatiga por corrosión por
resonancia
Limitar el factor de corrosión en el proceso de corrosión-fatiga (material
más resistente / ambiente menos corrosivo)
Desaleación (lixiviación
selectiva)
La desasaleación o lixiviación selectiva se refiere a la eliminación selectiva de
un elemento de una aleación mediante procesos de corrosión. Un ejemplo
común es la descincificación del latón no estabilizado, por medio de la cual se
produce una estructura de cobre debilitada y porosa. La eliminación selectiva
del zinc puede realizarse de manera uniforme o en una escala localizada (tipo
tapón). Es difícil racionalizar la descincificación en términos de disolución
preferencial del Zn fuera de la estructura reticular del latón. En cambio, se cree
que el latón se disuelve con el Zn restante en solución y el Cu recubriéndose
de la solución. La corrosión grafítica del hierro fundido gris, por medio de la
cual queda un esqueleto de grafito frágil después de la disolución preferencial
del hierro, es otro ejemplo de lixiviación selectiva. El término "grafitización" se
utiliza comúnmente para identificar esta forma de corrosión, pero no se
recomienda debido a su uso en metalurgia para el procesamiento del carburo
en grafito.
Durante la corrosión grafítica del hierro fundido, la porosa roja de grafito (que
constituye entre el 4 y el 5 % de la masa total de la aleación) se impregna con
productos de corrosión insolubles. Como resultado, el hierro fundido conserva
su apariencia y forma, pero es más débil estructuralmente. La prueba e
identificación de la corrosión gráfica se logra raspando la superficie con un
cuchillo para revelar el desmoronamiento del hierro debajo. Cuando se
produce una corrosión gráfica extensa, generalmente la única solución es
reemplazar el elemento dañado.
Agricultura ambiental
El agrietamiento ambiental se refiere al agrietamiento por corrosión causado
por una combinación de condiciones que pueden resultar específicamente en
una de las siguientes formas de daño por corrosión:
Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC)
Fatiga por corrosión
Fragilización por hidrógeno
Las tensiones que provocan agrietamiento surgen del trabajo en frío residual,
la soldadura, el esmerilado, el tratamiento térmico o pueden aplicarse
externamente durante el servicio y, para ser efectivas, deben ser de tracción (a
diferencia de la compresión).
Definición de estrés o variables de estrés
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Estrés medio
Estres maximo
Mínimo estrés
Carga constante/deformación constante
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Tasa de deformación
Tensión plana/deformación plana
Modos I, II o III
Biaxial
Frecuencia cíclica
Forma de onda
Origen del estrés
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Intencional
Residual
Cizallado, punzonado, cortado
Doblado, engarce, remachado
Soldadura
Mecanizado
Molienda
Producido por productos reaccionados
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Aplicado
Templo
Ciclado térmico
Expansión térmica
Vibración
Rotación
Atornillado
Carga muerta
Presión
Las grietas se forman y propagan aproximadamente en ángulos rectos con
respecto a la dirección de las tensiones de tracción a niveles de tensión mucho
más bajos que los necesarios para fracturar el material en ausencia del entorno
corrosivo. A medida que las grietas penetren más en el material, acabarán
reduciendo la sección transversal de soporte del material hasta el punto de
producirse una falla estructural por sobrecarga. La SCC se produce en metales
expuestos a un entorno en el que, si la tensión no estuviera presente o
estuviera en niveles mucho más bajos, no habría daño. Si la estructura, sujeta a
las mismas tensiones, estuviera en un entorno diferente (no corrosivo para ese
material), no habría falla. Ejemplos de SCC en la industria nuclear son las
grietas en los sistemas de tuberías de acero inoxidable y los vástagos de
válvulas de acero inoxidable.
Las células de tensión pueden existir en una sola pieza de metal donde una
parte de la microestructura del metal posee más energía de tensión
almacenada que el resto del metal. Los átomos de metal están en su estado de
energía de tensión más bajo cuando se encuentran en una matriz de cristales
regulares.
Las desviaciones de este estado de tensión más baja son las siguientes:
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Establezca límites
Alto estrés localizado
Trabajé en frío
Límites de grano: por definición, los átomos de metal situados a lo largo de los
límites de grano no se encuentran en una disposición cristalina regular (es
decir, un grano). Su mayor energía de deformación se traduce en un potencial
de electrodo que es anódico al metal en los granos propiamente dichos. Por lo
tanto, la corrosión puede producirse selectivamente a lo largo de los límites de
grano.
Alta tensión localizada: las regiones dentro de un metal sujetas a una alta
tensión local contendrán átomos de metal en un estado de energía de
deformación más alto. Como resultado, las regiones de alta tensión serán
anódicas con respecto a las regiones de baja tensión y pueden corroerse
selectivamente. Por ejemplo, los pernos bajo carga están sujetos a más
corrosión que los pernos similares que no están bajo carga. Una buena regla
general es seleccionar sujetadores que sean catódicos (es decir, que tengan
una posición más alta en la serie electroquímica) con respecto al metal que se
está sujetando para evitar la corrosión del sujetador.
Trabajado en frío: las regiones dentro de un metal a veces a trabajo en frío
contienen una mayor concentración de dislocaciones y, como resultado, serán
anódicas en comparación con las regiones no trabajadas en frío. Por lo tanto,
las secciones de un metal trabajadas en frío se corroerán más rápido. Por
ejemplo, los clavos que están doblados a menudo se corroen en la curva o en
la cabeza donde fueron trabajados con el martillo.
Una alta dureza en un material no
garantiza necesariamente un alto grado de resistencia a la corrosión por
erosión.
Erosión
La corrosión por erosión es una aceleración en la tasa de ataque de corrosión
en el metal debido al movimiento relativo de un fluido corrosivo y una
superficie metálica. La turbulencia aumentada causada por picaduras en las
superficies internas de un tubo puede dar como resultado tasas de erosión que
aumentan rápidamente y, finalmente, una fuga. La corrosión por erosión
también puede verse agravada por una mano de obra defectuosa. Por ejemplo,
las rebabas que quedan en los extremos cortados del tubo pueden alterar el
flujo suave del agua, causar turbulencia localizada y altas velocidades de flujo,
lo que resulta en corrosión por erosión. Una combinación de erosión y corrosión
puede dar lugar a tasas de picaduras extremadamente altas. En los sistemas
de pozos marinos, la industria de procesos en la que los componentes entran
en contacto con líquidos que contienen arena es un problema.
La selección de materiales desempeña un papel importante a la hora de
minimizar los daños por corrosión erosiva. Es necesario tener cuidado al
predecir el comportamiento de la corrosión erosiva basándose en la dureza.
Una dureza elevada en un material no garantiza necesariamente un alto grado
de resistencia a la corrosión erosiva. Las características de diseño también son
especialmente importantes.
En general, es conveniente reducir la velocidad del fluido y promover el flujo
laminar; En este contexto, es útil aumentar el diámetro de las tuberías. Las
superficies rugosas son generalmente indeseables. Los diseños que crean
turbulencia, restricciones de flujo y obstrucciones son indeseables. Se deben
evitar los cambios abruptos en la dirección del flujo. Las tuberías de entrada
del tanque deben dirigirse lejos de las paredes del tanque, hacia el centro. Las
secciones de tubería soldadas y con bridas siempre deben estar
cuidadosamente alineadas. Las placas de impacto de los deflectores diseñadas
para soportar la mayor parte del daño deben ser fácilmente reemplazables.
Se debe aumentar el espesor de las áreas vulnerables. Se pueden insertar
casquillos reemplazables, con un extremo cónico, en el lado de entrada de los
tubos del intercambiador de calor para evitar daños a los tubos en sí. Se
pueden implementar varias modificaciones ambientales para minimizar el
riesgo de corrosión por erosión. Las partículas abrasivas en los fluidos se
pueden eliminar por filtración o sedimentación, mientras que se pueden utilizar
trampas de agua en los sistemas de vapor y aire comprimido para disminuir el
riesgo de impacto por gotas. La deseoación y los inhibidores de corrosión son
medidas adicionales que se pueden tomar. La protección catódica y la
aplicación de un revestimiento protector también pueden reducir la tasa de
ataque.
Exfoliación
La corrosión por exfoliación es una forma particular de corrosión
intergranular asociada con aleación de aluminio de alta resistencia. Las
aleaciones que han sido extruidas o trabajadas intensamente de otra manera,
con una microestructura de granos alargados y aplanados, son particularmente
propensas a este daño.
Los productos de corrosión que se acumulan a lo largo de estos límites de
grano ejercen presión entre los granos y el resultado final es un efecto de
levantamiento o desprendimiento. El daño a menudo se inicia en los granos de
los extremos que se encuentran en los bordes mecanizados, los orificios o las
ranuras y, posteriormente, puede avanzar a lo largo de toda una sección.
La imagen de la “Exfoliación de un componente de aeronave” muestra cómo la
corrosión se separa en capas diferenciadas que se han expandido hasta ocupar
un área mucho mayor que la pieza original no corroída. La integridad
estructural de esta pieza desapareció hace mucho tiempo.
Exfoliación de un componente
de aeronave (Imagen cortesía de Mike Dahlager).
Corrosión del relleno
La corrosión filiforme es una forma especial de corrosión por grietas en la que
la acumulación de productos químicos agresivos se produce debajo de una
película protectora que se ha roto. La corrosión filiforme normalmente
comienza en defectos pequeños, a veces microscópicos, del revestimiento. Las
lacas y las pinturas de "secado rápido" son las más susceptibles al problema.
Se debe evitar su uso a menos que se haya demostrado la ausencia de un
efecto adverso mediante la experiencia de campo. Cuando se requiera un
revestimiento, debe presentar características de baja transmisión de vapor de
agua y una excelente adherencia. También se deben considerar los
revestimientos ricos en zinc para revestir acero al carbono debido a su calidad
de protección catódica.
La
corrosión que se arrastra bajo la pintura se denomina "filiforme".
Corrosión por contacto
La corrosión por contacto se refiere al daño por corrosión en las asperezas de
las superficies de contacto. Este daño se produce bajo carga y en presencia de
un movimiento superficial relativo repetido, como el que produce, por ejemplo,
la vibración. Este daño se caracteriza por picaduras o ranuras y restos de óxido,
que se encuentran normalmente en maquinaria, conjuntos atornillados y
cojinetes de bolas o de rodillos. Las superficies de contacto expuestas a
vibraciones durante el transporte están expuestas al riesgo de corrosión por
contacto.
Los daños, como se observa en esta imagen (cortesía de Mike Dahlager),
pueden ocurrir en la interfaz de dos superficies muy cargadas, que no están
diseñadas para mover una contra la otra. El tipo más común de desgaste por
fricción es causado por la vibración. La película protectora de las superficies
metálicas se elimina por la acción de frotamiento y exponen el metal fresco y
activo a la acción corrosiva de la atmósfera.
Corrosión galvánica en el
interior del estabilizador horizontal de la Estatua de la Libertad. Tornillo de
acero inoxidable con arandela de seguridad de acero cadmio.
Corrosión galvánica
La corrosión galvánica (también llamada "corrosión de metales diferentes" o,
equivocadamente, "electrólisis") se refiere al daño por corrosión que se
produce cuando dos materiales diferentes se acoplan en un electrolito
corrosivo. Se produce cuando dos (o más) metales diferentes entran en
contacto eléctrico bajo el agua. Cuando se forma un par galvánico, uno de los
metales del par se convierte en el ánodo y se corroe más rápido de lo que lo
haría por sí solo, mientras que el otro se convierte en el cátodo y se corroe más
lentamente de lo que lo haría solo.
Cualquiera de los metales (o ambos) de la pareja puede corroerse por sí mismo
o no. Sin embargo, cuando se produce el contacto con un metal distinto, las
tasas de autocorrosión cambiarán: la corrosión del ánodo se acelerará y la
corrosión del cátodo se desacelerará o incluso se detendrá. El acoplamiento
galvánico es la base de muchas técnicas de control de la corrosión.
La fuerza impulsora de la corrosión es una diferencia de potencial entre los
diferentes materiales. La fuerza impulsora bimetálica fue descubierta a finales
del siglo XVIII por Luigi Galvani en una serie de experimentos con los músculos
y nervios expuestos de una rana que se contraía al conectarla a un conductor
bimetálico. El principio fue aplicado posteriormente en la práctica por
Alessandro Volta, que construyó, en 1800, la primera pila eléctrica o batería:
una serie de discos metálicos de dos tipos, separados por discos de cartón
empapados en soluciones ácidas o salinas. Esta es la base de todas las pilas
húmedas modernas y fue un descubrimiento científico tremendamente
importante porque fue el primer método encontrado para la generación de una
corriente eléctrica sostenida.
El principio también fue aplicado a la protección útil de estructuras metálicas
por Sir Humphry Davy y Michael Faraday a principios del siglo XIX. La
corrosión sacrificial de un metal como el zinc, el magnesio o el aluminio es un
método muy extendido de protección catódica de estructuras metálicas.
En un acoplamiento bimetálico, el material menos noble se convertirá en el
ánodo de esta celda de corrosión y tenderá a corroerse a un ritmo acelerado,
en comparación con la condición desacoplada. El material más noble actuará
como cátodo en la celda de corrosión. La corrosión galvánica puede ser una de
las formas más comunes de corrosión, así como una de las más destructivas.
La nobleza relativa de un material se puede predecir midiendo su potencial de
corrosión. La conocida serie galvánica enumera la nobleza relativa de ciertos
materiales en agua de mar. Una pequeña relación entre el área del ánodo y el
cátodo es altamente indeseable. En este caso, la corriente galvánica se
concentra en un área anódica pequeña. En estas condiciones, tiende a
producirse una rápida pérdida de espesor del ánodo en disolución. Los
problemas de corrosión galvánica se deben resolver diseñando para evitar
estos problemas en primer lugar. Las celdas de corrosión galvánica se pueden
configurar a nivel macroscópico o a nivel microscópico. A nivel
microestructural, diferentes fases u otras características microestructurales
pueden estar sujetas a corrientes galvánicas.
Fragilización por hidrógeno
Este tipo de deterioro puede estar relacionado con la corrosión y los procesos
de control de la corrosión. Implica la entrada de hidrógeno en un componente,
un evento que puede reducir seriamente la ductilidad y la capacidad de carga,
así como provocar grietas y fallas frágiles catastróficas en tensiones inferiores
a la tensión de fluencia de los materiales susceptibles. La fragilización por
hidrógeno se produce en varias formas, pero las características comunes son
una tensión de tracción aplicada e hidrógeno disuelto en el metal. Algunos
ejemplos de fragilización por hidrógeno son el agrietamiento de las soldaduras
o los aceros endurecidos cuando se exponen a condiciones que inyectan
hidrógeno en el componente. Actualmente, este fenómeno no se comprende
por completo y la detección de la fragilización por hidrógeno, en particular,
parece ser uno de los aspectos más difíciles del problema. La fragilización por
hidrógeno no afecta a todos los materiales metálicos por igual. Los más
vulnerables son los aceros de alta resistencia, las aleaciones de titanio y las
aleaciones de aluminio.
Fuentes de hidrógeno
Se han encontrado fuentes de hidrógeno que provocan fragilización en la
fabricación de acero, en el procesamiento de piezas, en la soldadura, en el
almacenamiento o contención de gas hidrógeno, y en relación con el hidrógeno
como contaminante en el medio ambiente que a menudo es un subproducto de
la corrosión general. Es esto último lo que preocupa a la industria nuclear. El
hidrógeno puede producirse por reacciones de corrosión como la oxidación, la
protección catódica y la galvanoplastia. También se puede añadir hidrógeno al
refrigerante del reactor para eliminar el oxígeno de los sistemas de
refrigeración del reactor. La entrada de hidrógeno, el prerrequisito obvio de la
fragilización, se puede facilitar de varias maneras que se resumen a
continuación: (Norma de Defensa 03-30, octubre de 2000)
a. mediante algunas operaciones de fabricación como soldadura,
galvanoplastia, fosfatado y decapado; si un material sujeto a dichas
operaciones es susceptible a la fragilización por hidrógeno, se emplea
un tratamiento térmico final de cocción para expulsar el hidrógeno.
b. como subproducto de una reacción de corrosión, como en circunstancias
en las que la reacción de producción de hidrógeno (ecuación 2) actúa
como reacción catódica, ya que parte del hidrógeno producido puede
ingresar al metal en forma atómica en lugar de evolucionar en su
totalidad como gas hacia el entorno circundante. En esta situación, las
fallas por agrietamiento a menudo se pueden considerar como un tipo
de agrietamiento por corrosión bajo tensión . Si la presencia de azufre de
hidrógeno provoca la entrada de hidrógeno en el componente, el
fenómeno de agrietamiento a menudo se denomina "agrietamiento bajo
tensión por azufre (SSC)".
c. el uso de protección catódica para la protección contra la corrosión si el
proceso no se controla adecuadamente.
Fragilización del acero inoxidable por hidrógeno.
El hidrógeno se difunde a lo largo de los límites de los granos y se combina
con el carbono, que está aleado con el hierro, para formar gas metano. El gas
metano no es móvil y se acumula en pequeños huecos a lo largo de los límites
de los granos, donde acumula enormes presiones que inician grietas. La
fragilización por hidrógeno es una de las principales razones por las que el
refrigerante del reactor se mantiene a un pH neutro o básico en plantas sin
componentes de aluminio.
Si el metal se encuentra bajo una alta tensión de tracción, puede producirse
una falla frágil. A temperaturas ambiente normales, los átomos de hidrógeno
se absorben en la red metálica y se difunden a través de los granos, tendiendo
a agruparse en inclusiones u otros defectos de la red. Si la tensión induce
agrietamiento en estas condiciones, el camino es transgranular. A altas
temperaturas, el hidrógeno absorbido tiende a acumularse en los límites de
grano y el agrietamiento inducido por la tensión es entonces intergranular. Se
cree que el agrietamiento de las aleaciones de acero martensíticas y
endurecidas por precipitación es una forma de agrietamiento por corrosión bajo
tensión de hidrógeno que resulta de la entrada en el metal de una parte del
hidrógeno atómico que se produce en la siguiente reacción de corrosión.
La fragilización por hidrógeno no es una condición permanente. Si no se
produce agrietamiento y se modifican las condiciones ambientales de modo
que no se genere hidrógeno en la superficie del metal, el hidrógeno puede
volver a difundirse desde el acero, de modo que se restablezca la ductilidad.
Para abordar el problema de la fragilización por hidrógeno, se hace hincapié en
controlar la cantidad de hidrógeno residual en el acero, controlar la cantidad de
hidrógeno recogido en el procesamiento, desarrollar aleaciones con resistencia
mejorada a la fragilización por hidrógeno, desarrollar procesos de
recubrimiento o enchapado con baja o nula fragilización y restringir la cantidad
de hidrógeno in situ (en posición) introducido durante la vida útil de una pieza.
Corrosión intergranular de un
componente de aeronave averiado fabricado en aluminio 7075-T6.
Corrosión intergranular
La microestructura de los metales y las aleaciones está formada por granos
separados por límites de grano. La corrosión intergranular es un ataque
localizado a lo largo de los límites de grano, o inmediatamente adyacentes a
ellos, mientras que la mayor parte de los granos permanece prácticamente
intacta. Esta forma de corrosión suele estar asociada a efectos de segregación
química (las impurezas tienden a enriquecerse en los límites de grano) o a
fases específicas precipitadas en los límites de grano. Dicha precipitación
puede producir zonas de resistencia a la corrosión reducida en las inmediatas.
El ataque suele estar relacionado con la segregación de elementos específicos
o la formación de un compuesto en el límite. La corrosión se produce entonces
por ataque preferencial en la fase del límite de grano, o en una zona adyacente
a ella que ha perdido un elemento necesario para una adecuada resistencia a la
corrosión, lo que hace que la zona del límite de grano sea anódica en relación
con el resto de la superficie. El ataque suele avanzar a lo largo de un camino
estrecho a lo largo del límite de grano y, en un caso grave de corrosión del
límite de grano, pueden desprenderse granos enteros debido al deterioro
completo de sus límites.
En cualquier caso, las propiedades mecánicas de la estructura se verán
seriamente afectadas. Un ejemplo clásico es la sensibilización de los aceros
inoxidables o el procesamiento de la soldadura. Los precipitados de los límites
de grano ricos en cromo conducen a un agotamiento local del Cr
inmediatamente adyacente a estos precipitados, dejando estas áreas
vulnerables al ataque corrosivo en ciertos electrolitos. El recalentamiento de
un componente soldado durante la soldadura de múltiples pasadas es una
causa común de este problema. En los aceros inoxidables austeníticos, el
titanio o el niobio pueden reaccionar con el carbono para formar carburos en la
zona afectada por el calor (ZAT), lo que provoca un tipo específico de corrosión
intergranular conocida como ataque en línea de cuchilla. Estos carburos se
acumulan junto al cordón de soldadura donde no pueden difundirse debido al
rápido enfriamiento del metal de soldadura. El problema del ataque en línea de
cuchilla se puede corregir recalentando el metal soldado para permitir que se
produzca la difusión.
Aleaciones de aluminio forjado
SL = Corta
longitudinal
ST = Corta transversal
LT = Longitud transversal
La corrosión por exfoliación es otra forma de corrosión intergranular asociada
con las Aleaciones de aluminio de alta resistencia. Las aleaciones que han sido
extruidas o trabajadas intensamente de otra manera, con una microestructura
de granos alargados y aplanados, son particularmente propensas a este daño.
Los productos de corrosión que se acumulan a lo largo de estos límites de
grano ejercen presión entre los granos y el resultado final es un efecto de
levantamiento o desprendimiento. El daño a menudo se inicia en los granos de
los extremos que se encuentran en los bordes mecanizados, los orificios o las
ranuras y, posteriormente, puede avanzar a lo largo de una sección entera.
Corrosión lamelar
Paul Dillon, autoridad reconocida en todo lo relacionado con materiales frente
a corrosión, dice lo siguiente sobre la corrosión laminar:
“¿Corrosión laminar o exfoliación ? El Glosario de términos de la ASM,
Volumen 13, Corrosión, pág. 6 define la exfoliación de la siguiente manera:
Corrosión que procede lateralmente desde los sitios de iniciación a lo largo de
planos paralelos a la superficie, generalmente en los límites de grano,
formando productos de corrosión que fuerzan al metal a salir del cuerpo del
material, dando una apariencia estratificada. También indica que es sinónimo
de 'corrosión laminar'. La Enciclopedia Británica indica que este término sugiere
una composición o disposición en forma de una capa o escama delgada y
plana. Nada en el Glosario restringe el término al aluminio.
En la sección Selección de materiales, pág. 334, Greg Kobrin afirma que la
exfoliación afecta principalmente a las Aleaciones de aluminio, y que el ataque
se produce lateralmente desde los puntos de inicio en la superficie y, por lo
general, se produce de manera intergranular a lo largo de planos paralelos a la
superficie. Don Sprowls analiza la evaluación de la exfoliación en las páginas
242-3, en particular en lo que respeta a las pruebas ASTM (por ejemplo, G34,
G64, G66, G85, etc.).
En Efectos del templo, pág. 295, se afirma que las capas estructurales se
separan debido a voluminosos productos de corrosión.
En 1977-78 edité el Manual NACE N.° 1, Formas de reconocimiento y
prevención de la corrosión, con una serie de autoridades en las Ocho formas de
corrosión de Fontana. En esa versión no se hizo mención de la exfoliación. Dale
McIntyre actualizó este manual en 1982 como Volumen 1 y 2. En este último,
se presentan dos historias de casos de exfoliación del aluminio.
El término parece haber sido ampliamente anticipado por los corrosistas
interesados en el aluminio. Sin embargo, en el vol. 13, se informa sobre la
exfoliación de los cuproníqueles 80-20 y 70-30 en Calentadores de agua de
alimentación cerrados (págs. 989-990), y la susceptibilidad aumenta con el
contenido de níquel. Supuestamente, este problema (en su peor momento en
el servicio de pico/ciclado) se reduce con vapor o nitrógeno. También se ha
informado sobre él en sobrecalentadores y recalentadores.
En las aleaciones ferrosas, la exfoliación se caracteriza por un crecimiento
interno excesivo de óxido, que tiene un volumen unas siete veces superior al
del acero. El crecimiento interno excesivo de óxido puede elevar la temperatura
y el material exfoliado dañará las turbinas. La exfoliación se produce en
materiales ferríticos cuando se produce un crecimiento multicapa. Las
tensiones son inducidas por ciclos de temperatura y por la diferencia de
expansión térmica entre la cascarilla y el tubo. La exfoliación también puede
producirse en aceros inoxidables austeníticos, de nuevo debido a la diferencia
de expansión térmica entre el metal y el óxido.
Aparentemente, debemos utilizar el término más amplio, "corrosión laminar", si
admitimos que la exfoliación es mucho más frecuente en los metales ligeros.
Personalmente, no me importa, pero entonces el glosario debería reescribirse
en esa maravillosa nueva segunda edición del volumen 13".
Paquete de óxido
El óxido acumulado es una forma de corrosión localizada típica de los
componentes de acero que desarrollan una grieta en un entorno atmosférico
abierto. Esta expresión se utiliza a menudo en relación con la inspección de
puentes para describir los elementos armados de puentes de acero que
muestran signos de óxido acumulado entre las placas de acero. (Imágenes
cortesía deWayne A. Senick, Termarust)
El examen posterior debe revelar
el cátodo local, ya que permanecerá impermeable al ataque de corrosión.
Corrosión por picaduras
La corrosión por picaduras es una forma localizada de corrosión por la cual se
producen cavidades o "agujeros" en el material. La corrosión por picaduras se
considera más peligrosa que el daño por corrosión uniforme porque es más
difícil de detectar, predecir y diseñar para contrarrestarla. Los productos de
corrosión a menudo cubren las picaduras. Una picadura pequeña y estrecha
con una pérdida total mínima de metal puede provocar la falla de todo un
sistema de ingeniería. La corrosión por picaduras, que, por ejemplo, es casi un
denominador común de todos los tipos de ataque de corrosión localizada,
puede asumir diferentes formas. La corrosión por picaduras puede producir
picaduras con la boca abierta (descubiertas) o cubiertas con una membrana
semipermeable de productos de corrosión. Las picaduras pueden ser
hemisféricas o con forma de copa.
La picadura se inicia por:
a. Daño químico o mecánico localizado en la película protectora de óxido;
los factores de la química del agua que pueden causar el deterioro de
una película pasiva son la acidez, las bajas concentraciones de oxígeno
disuelto (que tienden a hacer que una película protectora de óxido sea
menos estable) y las altas concentraciones de cloruro (como en el agua
de mar)
b. Daño localizado o mala aplicación de una capa protectora
c. La presencia de no uniformidades en la estructura metálica del
componente, por ejemplo, inclusiones no metálicas.
En teoría, una celda local que conduce al inicio de una picadura puede ser
causada por un sitio anódico anormal rodeado por una superficie normal que
actúa como cátodo, o por la presencia de un sitio catódico anormal rodeado por
una superficie normal en la que una picadura. Habrá desaparecido debido a la
corrosión.
En el segundo caso, el examen posterior debería revelar el cátodo local, ya que
permanecerá inmune al ataque de la corrosión, como se muestra en la imagen
de una muestra de aluminio. Se cree que la mayoría de los casos de picaduras
son causados por sitios catódicos locales en una superficie por lo demás
normal.
Además de la pérdida localizada de espesor, las picaduras de corrosión
también pueden ser perjudiciales al actuar como elevadores de tensión. La
fatiga yel agrietamiento por corrosión bajo tensiónpueden iniciarse en la base
de las picaduras de corrosión. Una pica en un sistema grande puede ser
suficiente para producir una falla catastrófica de ese sistema. Un ejemplo
extremo de una falla tan catastrófica ocurrió recientemente en México, donde
una sola pica en una tubería de gasolina que pasaba sobre una línea de
alcantarillado fue suficiente para causar un gran caos en una ciudad, matando
a 215 personas en Guadalajara.
Algunas traducciones:
•
Picaduras: Corrosión de una superficie metálica, confinada a un punto o
área pequeña, que toma la forma de cavidades.
•
•
Factor de picaduras: Relación entre la profundidad de la picadura más
profunda resultante de la corrosión dividida por la penetración promedio
calculada a partir de la pérdida de peso.
Número equivalente de resistencia a las picaduras (PREN): relación
empírica para predecir la resistencia a las picaduras de los aceros
inoxidables nausteníticos y dúplex. Se expresa como PREN = Cr + 3,3
(Mo + 0,5 W) + 16N.
Tipos de corrosión por picaduras:
Pozos de canaletas:
Estrecho, profundo
Poco profundo, ancho
Elíptico
Ataque de grano vertical
Pozos laterales:
Subsuperficie
Socavando
Ataque de grano horizontal
SCC intergranular de un tubo
intercambiador de calor de Inconel con la grieta siguiendo los límites de grano.
Agrietamiento por corrosión
bajo tensión (SCC)
El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es el agrietamiento inducido
por la influencia combinada de la tensión de tracción y un entorno corrosivo. El
impacto del SCC en un material suele estar entre el agrietamiento en seco y el
umbral de fatiga de ese material. Las tensiones de tracción requeridas pueden
presentarse en forma de tensiones aplicadas directamente o en forma de
tensiones residuales. El problema en sí puede ser bastante complejo. La
situación de las tuberías enterradas es un buen ejemplo de dicha complejidad.
La deformación y el conformado en frío, la soldadura, el tratamiento térmico, el
mecanizado y el rectificado pueden generar tensiones residuales. La magnitud
e importancia de dichas tensiones se subestiman a menudo. Las tensiones
residuales generadas como resultado de las operaciones de soldadura tienden
a aproximarse al límite elástico. La acumulación de productos de corrosión en
espacios confinados también puede generar tensiones significativas y no debe
pasarse por alto. La SCC suele producirse en determinadas combinaciones
específicas de aleación, entorno y tensión.
El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es el agrietamiento inducido
por la influencia combinada de la tensión de tracción y un entorno corrosivo. El
impacto del SCC en un material suele estar entre el agrietamiento en seco y el
umbral de fatiga de ese material. Las tensiones de tracción requeridas pueden
presentarse en forma de tensiones aplicadas directamente o en forma de
tensiones residuales. El problema en sí puede ser bastante complejo. La
situación de las tuberías enterradas es un buen ejemplo de dicha complejidad.
La deformación y el conformado en frío, la soldadura, el tratamiento térmico, el
mecanizado y el rectificado pueden generar tensiones residuales. La magnitud
e importancia de dichas tensiones se subestiman a menudo. Las tensiones
residuales generadas como resultado de las operaciones de soldadura tienden
a aproximarse al límite elástico. La acumulación de productos de corrosión en
espacios confinados también puede generar tensiones significativas y no debe
pasarse por alto. La SCC suele producirse en determinadas combinaciones
específicas de aleación, entorno y tensión.
SCC en un sistema de tuberías de
procesamiento químico de acero inoxidable 316.
Por lo general, la mayor parte de la superficie permanece intacta, pero
aparecen grietas finas que penetran en el material. En la microestructura, estas
grietas pueden tener una morfología intergranular o transgranular.
Macroscópicamente, las fracturas por SCC tienen un aspecto frágil. La SCC se
clasifica como una forma catastrófica de corrosión, ya que la detección de
grietas tan finas puede ser muy difícil y el daño no se puede predecir
fácilmente. Los datos experimentales de SCC son conocidos por una amplia
gama de dispersión. Puede producirse una falla desastrosa inesperadamente,
con una pérdida total de material mínima.
La primera micrografía (X500) ilustra el SCC intergranular de un tubo
intercambiador de calor de Inconel con la grieta siguiendo los límites de grano.
La segunda micrografía (X300) ilustra el SCC en un sistema de tuberías de
procesamiento químico de acero inoxidable 316. El agrietamiento por corrosión
bajo tensión por cloruro en acero inoxidable austenítico se caracteriza por un
patrón de grietas transgranulares con múltiples ramificaciones en forma de
"rayo ". (Ambas imágenes son cortesía de Metallurgical Technologies, Inc. )
La naturaleza catastrófica de esta severa forma de ataque corrosivo ha sido
ilustrada repetidamente en muchos fracasos dignos de ser noticia, incluido el
colapso del techo de la piscina en Uster, Suiza, y el accidente del Boeing 747
en Ámsterdam.
Una de las formas más importantes de corrosión bajo tensión que afecta a la
industria nuclear es la corrosión bajo tensión por cloruro. La corrosión bajo
tensión por cloruro es un tipo de corrosión intergranular y se produce en el
acero inoxidable austenítico sometido a tensión de tracción en presencia de
oxígeno, iones de cloruro y alta temperatura. Se cree que comienza con
depósitos de carburo de cromo a lo largo de los límites de grano que dejan el
metal expuesto a la corrosión. Esta forma de corrosión se controla
manteniendo un bajo contenido de iones de cloruro y oxígeno en el entorno y
utilizando aceros con bajo contenido de carbono.
A pesar de la amplia calificación del Inconel para aplicaciones específicas, han
surgido varios problemas de corrosión con los tubos de Inconel. Se puede
mejorar la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica del
Inconel tratándolo térmicamente a una temperatura de entre 620 °C y 705 °C,
dependiendo de la temperatura de tratamiento de la solución anterior. Otros
problemas que se han observado con el Inconel incluyen el desgaste, las
abolladuras en los tubos, las picaduras y el ataque intergranular .
Corrosión uniforme
La corrosión uniforme se caracteriza por un ataque corrosivo que se extiende
uniformemente sobre toda la superficie o una gran parte de ella. Se produce un
adelgazamiento general hasta que se produce la rotura. En función del tonelaje
desperdiciado, esta es la forma más importante de corrosión.
Sin embargo, la corrosión uniforme se mide y predice con relativa facilidad, lo
que hace que los fallos desastrosos sean relativamente raros. En muchos
casos, es objetable solo desde el punto de vista de la apariencia. Como la
corrosión se produce de manera uniforme en toda la superficie del componente
metálico, se puede controlar prácticamente mediante protección catódica , uso
de revestimientos o pinturas, o simplemente especificando un margen de
corrosión. En otros casos, la corrosión uniforme agrega color y atractivo a una
superficie. Dos clásicos en este sentido son la pátina creada por el brillo
natural de los techos de cobre y los tonos de óxido producidos en los aceros
resistentes a la intemperie.
La revisión de los sistemas de revestimiento protector de las estructuras suele
provocar esta forma de corrosión. El opacamiento de una superficie brillante o
pulida, el grabado por limpiadores ácidos o la oxidación (decoloración) del
acero son ejemplos de corrosión superficial. Las aleaciones resistentes a la
corrosión y los aceros inoxidables pueden empañarse u oxidarse en entornos
corrosivos. Sin embargo, la corrosión superficial puede indicar un deterioro en
el sistema de revestimiento protector y debe examinarse de cerca para
detectar un ataque más avanzado. Si se permite que la corrosión superficial
continúe, la superficie puede volverse áspera y la corrosión superficial puede
provocar tipos de corrosión más graves.