14 septiembre 2011

Entendiendo la corrosión en detalle y sus efectos (7ª PARTE)


Ver 6ª PARTE
La corrosión en grietas, similar a las picaduras, es una forma de corrosión que tiene lugar en áreas /ambientes que son distintivamente diferentes de condiciones materiales ambientales. Tales ambientes localizados incluyen uniones metal – a – metal, uniones metal – a – no metales tales como juntas, apantallamiento por productos de corrosión y depósitos de fouling.


Aleaciones susceptibles
Similar a la corrosión por picaduras, los metales o aleaciones que dependen de un film de superficie protectora por resistencia de corrosión son particularmente susceptibles a la corrosión de grietas. Metales típicos afectados por la corrosión de grietas incluyen aluminio, acero inoxidable, y titanio. En el caso de metales pasivos como aluminio o acero inoxidable, el oxígeno dentro de las grietas usualmente destroza el film pasivo responsable de la resistencia a la corrosión, y forma una célula activa – pasiva. La célula activa – pasiva exhibe la mayor diferencia de potencial y de ahí induce la corriente más alta que ocurre dentro de las grietas formadas por metales no pasivas como hierro y cobre.
Mecanismo de corrosión de grietas
La corrosión de grietas tiene lugar cuando un volumen pequeño de solución entra en una grieta o una pequeña apertura. Permanece ahí, estancada, y su composición cambia por el proceso de corrosión de manera que su composición es diferente a la solución. Puede disminuir el oxígeno (célula de concentración de oxígeno), enriquecido en iones metálicos (célula de concentración de iones metálicos), o enriquecido en iones de cloro o a un pH más bajo que el resto de la solución. La tasa de corrosión se incrementa cuando la entrada de la grieta se estrecha y cuando el área externa del cátodo se incrementa. Las grietas son particularmente perjudiciales cuando ocurren alternativamente procesos húmedos y secos, ya que los líquidos corrosivos retenidos en las grietas se concentran por evaporación. Para evitar la corrosión de grietas, la grieta debe ser lo bastante amplia como para permitir el libre movimiento del electrolito. Usualmente ocurre en huecos con solamente unos micrómetros de ancho, no en huecos más anchos o ranuras.
Control de la corrosión en grietas
El mecanismo de propagación en picaduras y grietas es idéntico; sin embargo, los mecanismos de iniciación difieren. La corrosión de grietas se inicia por concentración diferencial de oxígeno o iones en el electrolito, mientras que las picaduras se inician (en superficies planas) por factores metalúrgicos y factores estructurales. Estas pueden incluir discontinuidades en un film o revestimiento protector. Varias prácticas se recomiendan para proteger contra la corrosión que aparece en grietas:
1.  Diseño estructural para evitar grietas. Esto es especialmente interesante para metales pasivos como aluminio, acero inoxidable y varias aleaciones de base níquel. Las grietas que no se puedan evitar se rellenarán con metal de soldadura o con sellantes o cementos.
2.     En un nuevo equipo, se especificarán juntas de soldadura y se enfatizará la necesidad para penetración completa de metal de soldadura para proteger incluso contra grietas minúsculas.
3.   Durante la etapa de diseño se evitarán esquinas afiladas, áreas estancadas u otros sitios favorables para la acumulación de precipitados o la solución de concentraciones de O2.
4.      Modificar el diseño para evitar grietas.
5.   Si se produce circulación de fluidos calientes la velocidad mínima recomendada es de 1,5 m/s.
6.  Mejorar los materiales de construcción: Usar aleaciones que ofrezcan resistencia a la corrosión. El nitrógeno combinado con molibdeno tiene efectos beneficiosos en la resistencia a la corrosión de las grietas. En soluciones con cloro, oxidantes y ácidas. Los aceros altos en molibdeno, particularmente los aceros inoxidables austeníticos, dan buena resistencia a la corrosión.
7.     Mantener grietas anchas y poco profundas.
8.  Reducir la agresividad del ambiente, tales como acidez, concentraciones de iones cloro, agentes oxidantes o reactivos catódicos.
9.  Cuando sea posible se usarán juntas no absorbentes tales como Teflón para uniones metálicas. Esto previene la entrada de humedad.
10.  La corrosión de grietas no se inicia en un potencial aplicado externamente. Su propagación puede evitarse polarizando metal del el exterior de la grieta (cátodo) al potencial del metal en el interior de la grieta (ánodo).
Predicción de la corrosión en grietas – Temperatura de corrosión de grietas crítica (CCCT)
El ensayo CCCT viene determinado por ASTM G 48 B (6 % o 10 % FeCl, para 72 h con grietas).

CORROSIÓN INTERGRANULAR 


Una forma localizada y preferencial del ataque de corrosión en una región estrecha a lo largo de los bordes del grano o regiones adyacentes sin ataque apreciable en los granos se llama corrosión intergranular. Debido a esta forma de corrosión, el metal pierde su resistencia y corrosión metalúrgica. La corrosión intergranular generalmente tiene lugar porque el corroyente preferencialmente ataca la fase de los bordes del grano o zona adyacente de forma que pierde un elemento necesario para adecuar la resistencia a la corrosión. La disminución de un elemento de aleación particular a lo largo de los bordes del grano usualmente es causado por un tratamiento de calor inapropiado o calor procedente de la soldadura o cualquier otra temperatura de operación que causa la precipitación de ciertos elementos de aleación en los bordes del grano. A la inversa, las aleaciones que no forman micro constituyentes de segunda fase en los bordes del grano, o aquellos en los que los constituyentes tienen potencial de corrosión similar a la matriz, no son susceptibles a la corrosión intergranular. Debe notarse que el problema de sensibilización  raramente ocurre en láminas metálicas estrechas.
Aleaciones susceptibles
En los aceros inoxidables austeníticos esta forma de ataque es la más común. Otras aleaciones susceptibles de ser atacadas incluyen aceros inoxidables ferríticos, superferríticos y dúplex. Los metales no férreos tales como níquel 200 y aleaciones de base níquel como Inconel alloys 600 y 601. Incoloy alloy 800 y 800H, y Hastelloys B y C son susceptibles a la corrosión intergranular.
Sensibilización de aceros inoxidables austeníticos
Durante el calentamiento de los aceros austeníticos entre 450 y 850 ºC mientras el metal está sujeto a soldadura, tratamiento térmico, o exposición a alta temperatura, carburo de cromo (Cr23C6) se precipitan a lo largo de los bordes del grano. Esta precipitación causa que el acero pierda cromo por debajo del 11 % y hace la zona susceptible a la corrosión, a eso se denomina sensibilización. Comparada con el resto del grano, la región donde disminuye el cromo es anódica, y ocurren severos ataques en los bordes del grano si el metal entra en contacto con un electrolito. En el caso extremo, todo el grano llega a separarse de los materiales, que quedan considerablemente debilitados.
Mecanismo de corrosión intergranular
La corrosión intergranular es una corrosión electroquímica que tiene lugar como resultado de la acción de la célula local. Una célula galvánica se forma debido a la diferencia de potencial entre microconstituyentes de segunda fase y la solución sólida agotada de la que se forman los constituyentes. El carburo precipitado y la matriz de grano es catódica a la región del límite de grano agotado localmente. El alto ratio del área del cátodo al ánodo da como resultado en corrosión rápida del material del borde del grano y el metal se desintegra.
Desmoronamiento de la soldadura
Durante la soldadura hay una región del HAZ al lado de la gota de soldadura, que queda inevitablemente sensibilizado, y estas regiones son susceptibles a la corrosión intergranular. Este fenómeno se denomina desmoronamiento de soldadura.
Control de la corrosión intergranular en aceros inoxidables austeníticos
Hay tres remedios básicos para combatir la corrosión intergranular de los aceros inoxidables austeníticos:
1.    Tratamiento térmico: Se emplea un tratamiento térmico de solución de alta temperatura, comúnmente conocido como recocido enfriado (quench annealing) o recocido de disolución (solution annealing). Esto implica calentar el acero a 1080 ºC seguido por un enfriamiento rápido. El calentamiento a alta temperatura causa descomposición de Cr23C6 y homogeneización del cromo por difusión. El enfriamiento rápido es necesario para prevenir la reformación del carburo.
2.   Acero bajo al carbono: Asegura que el acero contiene carbono insuficiente para formar Cr23C6 y disminución de la aleación resultante. Tales aceros contienen menos de 0,03 % normalmente se alcanza por el proceso de oxidación del argón (argón oxidation process o AOD) y otros procesos de refino/fusión de acero moderno.
3.    Estabilización: Es posible estabilizar el acero inoxidable austenítico, tal como el 18Cr–8Ni, añadiendo un potente elemento de formación de carburo tal como niobio (también conocido como columbio) o niobio más Tántalo o Titanio. Estos elementos fijan el carbono de forma que es incapaz de formar Cr23C6. Los elementos añadidos se llaman estabilizadores. Es usual añadir titanio o niobio a aproximadamente 5-10 x %C en orden de asegurar que no se forma carburo de cromo. Los aceros inoxidables típicos producidos añadiendo estabilizadores son tipo 347 (columbio estabilizado) y tipo 321 (titanio estabilizado).
Corrosión intergranular en aceros inoxidables ferríticos
Los aceros inoxidables ferríticos son susceptibles de corrosión intergranular después de calentarse hasta 925-982ºC por soldadura o tratamiento térmico inapropiado. Parece que la sensibilización de acero inoxidable ferrítico ocurre bajo mayor rango de condiciones que los aceros austeníticos. Este problema se supera aleando con titanio y/o columbio para formar los carburos de estos elementos.

EROSIÓN – CORROSIÓN 

La erosión – corrosión es una forma de corrosión localizada que tiene lugar debido al movimiento de un fluido sobre una superficie material. El daño de corrosión implica tanto factores mecánicos como químicos que permiten que la corrosión proceda sin obstáculos. La importancia relativa del desgaste mecánico (erosión) y la corrosión es a menudo difícil de valorar y varía de una situación a otra. El papel de la erosión es usualmente atribuida a la retirada del film de la superficie protectora o productos de corrosión adherente por el esfuerzo cortante del fluido bajo condiciones de alta turbulencia.
La erosión-corrosión usualmente se acelera cuando el fluido transporta aire o partículas sólidas abrasivas, tales como arena,  pero la corrosión también ocurre en agua libre de burbujas. La naturaleza y propiedades de los films protectores que forman algunos metales o aleaciones son muy importantes desde el punto de vista de la resistencia a la erosión-corrosión. Un film duro, denso, adherente y continuo proporcionará mejor protección que otro que sea fácilmente eliminado por medios mecánicos o fuerza hidráulica. La erosión-corrosión normalmente está restringida al cobre y a ciertas aleaciones de base-cobre y aleaciones de aluminio.

DAÑOS POR CORROSIÓN DEL HIDRÓGENO 

El hidrógeno monoatómico puede difundirse en el acero y recombinarse a hidrógeno molecular en huecos, laminaciones, microgrietas, o discontinuidades alrededor de las inclusiones, generando presiones extremadamente altas. Como un elemento intersticial en el enrejado ferrítico cúbico centrado en el cuerpo, el hidrógeno puede causar numerosos problemas mecánicos. Esto endurece el metal y debilita su ductilidad. En temperaturas más altas, el hidrógeno difuso en el acero puede reaccionar con los átomos de carbono para formar metano. La acumulación de metano en ciertas localizaciones en los aceros, tales como bordes de grano e inclusiones no metálicas, causa la pérdida irreversible de resistencia y ductilidad. La exposición a temperatura elevada en el hidrógeno a veces da como resultado descarburización superficial, seguida por fisuras debidas a la alta presión del gas en sitios localizados. A estos cambios en el acero se les denomina ataque de hidrógeno. Las formas diferentes de daño de hidrógeno son:
1.       Fragilización de hidrógeno.
2.       Abrasado de hidrógeno.
3.       SCC de hidrógeno.
4.       Ataques a alta temperatura.
Bibliografía: Handbook of Corrosion Engineering. Pierre R. Roberge. McGraw-Hill
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