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CORROSIÓN EN ACEROS
OBJETIVOS
Objetivo General Efectua Efectuarr una invest investiga igació ciónn sobre sobre el fenóme fenómeno no de la corros corrosión ión produc producido ido en acero aceros, s, una anomalía que resulta perjudicial para el rendimiento y valorización de cada uno de los productos metálicos (tuberías, máquinas, estructuras, etc.) dentro de su medio de aplicación.
Objetivos específicos
nalizar cómo se produce el fenómeno de la l a corrosión en los aceros. !intetizar ciertos tipos de corrosión que se pueden provocar en los aceros. E"poner determinados m#todos que se usan dentro de la industria para la prevención de la corrosión, en lo posible establecer ciertas diferencias entre cada uno.
INTRODUCCIÓN INTRODUCC IÓN
Es un $ec$o com%n el observar la gradual destrucción de los materiales de construcción utiliz uti lizada adass en la fab fabric ricaci ación ón de est estruc ructur turas as metáli met álicas cas,, maq maquin uinari aria, a, equ equipo ipos, s, tan tanque quess y tuberí tub erías. as. El pro produc ducto to pre presen senta ta un asp aspect ectoo dife di fere rent ntee al or origin iginal al y es aso asocia ciado do c coon la corrosión, qu quee $a re repe perc rcut utid idoo de fo form rmaa nega ne gati tiva va en la in indu dust stri riaa de dell %l %ltim timoo si sigl glo, o, además ade más con consid sidera erada da com comoo una sit situac uación ión o enfermedad que en mayor o menor grado los equipos a nivel industrial llegan a padecer. &' !e estima que el costo que genera el dao de materiales por corrosión asciende en los países desarrollados a apro"imadamente el *.+ del -/ (-roducto nterno /ruto). 0e esta cantidad, el 12 podría ser a$orrado de aprovec$ar al má"imo las tecnologías y cuidados e"istentes para mitigar este proceso. &1 -or ejemplo, la protección anticorrosiva a base de pinturas y recubrimientos anticorrosivos viene a ser un seguro de vida en la industria3 puesto que $ay que darle gran importancia al efecto corrosivo, ya que puede que puede causar accidentes (ruptura de una pieza), colapso de estructuras construidas junto a la p#rdida de vidas $umanas en los casos e"tremos. demás, el problema de la corrosión representa un costo importante, genera la desvalorización de los productos por los agrietamientos y desprendimientos del material, ya que se calcula que cada pocos cada pocos segundos se disuelven cinco toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros nanómetros o o picómetros picómetros,, invi invisi sibl bles es en ca cada da pi piez ezaa pe pero ro qu que, e, mu mult ltip ipli lica cado doss po porr la cantidad de acero que e"iste en el mundo, constituyen una cantidad importante. &*
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DESARROLLO
LA CORROSIÓN 4on frecuencia la corrosión se confunde con un simple proceso de o"idación siendo en realidad un proceso más complejo, el cual puede puntualizarse en el deterioro o desintegración de los metales, tanto en sus propiedades físicas como químicas debido a un proceso electro 5 químico, químico o de erosión debido a la interacción del material con el medio que lo rodea. 6a corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico5química). &7
¿Cómo ocrre la corrosión! !e denomina corrosión a la o"idación espontánea de los metales y se debe a un ataque destructivo del medio ambiente, a trav#s de reacciones químicas o electroquímicas. En la corrosión electroquímica los átomos del metal son o"idados dejando la red del metal como iones, creando un e"ceso de electrones en la superficie del metal. Estos electrones pueden ser transferidos a una especie activa en el electrolito produci#ndose la reacción de reducción. 6a reacción de corrosión se conoce como reacción anódica y las áreas del electrodo donde ocurre se les llama ánodos. El electro5neutralidad de la materia e"ige que en otros puntos, conocidos por cátodos, se reduzca alguna sustancia del medio ambiente en contacto con el material metálico. 6as áreas donde ocurre la reacción catódica (de reducción) se denominan cátodos. &+ -ara el caso del acero, que es el material de maquinación y construcción más com%n, el proceso de corrosión considera la formación de pequeas pilas galvánicas en toda la superficie e"puesta, presentándose un flujo de electrones de las zonas anódicas donde se disuelve el acero $acia las zonas catódicas donde se desprende $idrogeno o se forman iones $idro"ilo (álcali)3 para cerrar el circuito el#ctrico se requiere la presencia de un electrolito proporcionado por el medio. El siguiente diagrama muestra esta situación.
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6as zonas anódicas y catódicas son ocasionadas por diferencias en la estructura cristalina, restos de escoria y o"ido en general, así como a diferencias de composición en la superficie de los aceros comerciales. 0e acuerdo con la figura anterior, además de los procesos en el metal t ienen un papel preponderante la cantidad de o"igeno presente y la conductividad el#ctrica del medio, pues lo que provoca la corrosión es un flujo el#ctrico masivo generado por las diferencias químicas entre las piezas implicadas, una corriente de electrones se establece cuando e"iste una diferencia de potenciales entre un punto y otro. &'
La corrosión en aceros ino"i#ables menudo se $abla del acero ino"i#able$ •
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Este tipo de acero contiene elementos de aleación (cromo) en '' como mínimo lo cual le permite ser ino"idable al estar e"puesto al o"ígeno, además de ser un estabilizador de la ferrita. El cromo $ace que se contraiga la región de la austenita y en su lugar la región de la ferrita disminuye su tamao. 8uc$as aleaciones ino"idables contienen además níquel para reforzar a%n más su resistencia a la corrosión.
Estas aleaciones son aadidas al acero en estado de fusión para $acerlo 9ino"idable en toda su masa9. -or este motivo, los aceros ino"idables no necesitan ser ni c$apeados, ni pintados, ni de ning%n otro tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión. E"isten m%ltiples variedades de aceros llamados 9ino"idables9, que llevan nombres como 9*279, 9*2769, 9*':;9, etc., correspondientes a distintas composiciones y tratamientos. El empleo de acero ino"idable estará bajo la dependencia de las características o"idantes del ambiente. 4ada acero corresponde a ciertos tipos de ambiente3 cero ino"idable ferrítico, martensítico, austeníticos, endurecidos por precipitación (-<) y d%ple". !in embargo, en la misma familia de los aceros ino"idables la resistencia a la corrosión varía considerablemente de un tipo al otro. &:
%ipos #e corrosión Corrosión por metales lí&i#os 6a corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales en presencia de ciertos metales líquidos como el =inc, 8ercurio, 4admio, etc. 6os metales líquidos atacan a los sólidos en sus puntos más críticos de energía como los límites de granos lo cual a la larga generará varias grietas. Ejemplos del ataque por metal líquido
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incluyen a las disoluciones químicas, aleaciones metal5a5metal (el amalgamamiento) y otras formas.
Corrosión por 'isras (Crevice) 6a corrosión por crevice o por fisuras es la que se produce en pequeas cavidades o $uecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la primera, o más com%nmente con un elemento no5 metálico. En las fisuras de ambos metales, que tambi#n pueden ser espacios en la forma del objeto, se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. !e dice, en estos casos, que es una corrosión con ánodo estancado, ya que esa solución, a menos que sea removida, nunca podrá salir de la fisura. demás, esta cavidad se puede generar de forma natural producto de la interacción iónica entre las partes que constituyen la pieza.
Corrosión por pica#ras (*ittin+) 6a corrosión por pitting es la disolución localizada y acelerada de un metal, esto como resultado de la ruptura de la película de ó"ido. 8uc$as aleaciones como el acero ino"idable, son %tiles solo porque producen en forma espontánea una película pasivado de ó"ido, lo cual reduce en forma importante la tasa de corrosión, sin embargo estas películas son a menudo susceptibles a la ruptura localizada lo que da como resultado una acelerada disolución del metal. !i el ataque se inicia en una superficie abierta, se llama corrosión por picadura. Esta forma de corrosión puede producir fallas estructurales en componentes por perforación y por debilitamiento. &>
Corrosión bajo tensión (Stress Corrosion Crac,in+- SCC) 6a corrosión por stress mecánico se reconoce por la presencia de fracturas de la estructura metálica, la morfología de este tipo de corrosión es muy característica, en la superficie del metal se producen fisuras muy pequeas de forma ramificada, la cantidad de ramificaciones tiene directa relación con la concentración del medio corrosivo y el nivel de tensiones del metal. 4uando en los aceros quedan tensiones residuales o se crean #stas por efecto de esfuerzos e"teriores, tales como esfuerzos de tracción, deformaciones en frío, soldaduras, y estos se someten a un ambiente corrosivo, especialmente clorados, pueden producirse pequeas fisuras, dando origen a la corrosión por tensiones. 6as grietas producidas son generalmente transgranulares o intergranulares
Corrosión inter+ranlar ceros ino"idables austeníticos, como el ! *27, contiene un porcentaje importante de carbono, el cual está en estado sólido a temperatura ambiente, por lo tanto desde el punto de
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vista termodinámico el acero ino"idable es estable ya que puede coe"istir la solución sólida en fase austenítica del carbono, con el carburo de cromo. 4uando el acero es sometido a tratamientos t#rmicos mal realizados, calentamientos y enfriamientos defectuosos, o calentamientos e"cesivos sufridos por soldadura, los átomos de carbono tienden a precipitar en la frontera reticular como carburos de cromo. Esto da la disminución de la resistencia a la corrosión. Este fenómeno se llama sensibilización, y $ace que el acero ino"idable quede e"puesto a la corrosión intergranular cuando este en ambientes corrosivos. &?
Cin.tica #e la corrosión 4omo en cualquier proceso electroquímico, la velocidad de corrosión viene dada por la corriente. !in embargo, muc$as veces nos referimos a la velocidad de corrosión en unidades de masa por unidad de área por unidad de tiempo. -ara dar una idea, una corriente de corrosión de ?@cm51 en el acero, equivale a 12 mg dm51 día5'. Es fácil la conversión si se conoce la densidad del material. $ora para definir el llamado potencial de corrosión, se debe tener en cuenta de que el diferencial de potenciales entre los puntos anódico y catódico puede ser virtualmente cero. sí, el voltaje de la celda es cero, pero el metal puede $aber adquirido un potencial que se podría medir frente a un electrodo de referencia e"terno. Este es el potencial que se conoce como potencial de corrosión.
En cuanto a la corriente de corrosión, estará limitada por el paso más lento de toda la secuencia de etapas que tienen lugar. 6as posibilidades sonA 5 5 5
6a transferencia electrónica en el ánodo. El transporte de especies a trav#s del electrolito. 6a transferencia electrónica en el cátodo.
En el caso de la corrosión, el área disponible es fundamental.
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0ondeA
El t#rmino corresponde a la corriente catódica y el t#rmino para la para la corriente anódica.
corresponde
Esta ecuación se puede representar como voltaje en función de corriente la representación para el caso del $ierro puede verse en la imagen a continuación. El potencial a circuito abierto corresponde al corte de ambas curvas, este punto es tambi#n donde no fluye corriente neta es decir inetaC 2. 6a corriente de corrosión se puede estimar seg%n se muestra tambi#n en dic$a imagen.
&D
*revención #e la Corrosión la fec$a se cuenta con varios m#todos que $an resultado ser los más prácticos para prevenir o controlar la corrosión del acero, cuya selección para cada caso depender de las condiciones del medio y de factores t#cnico 5 económicos. Estos m#todos pueden justificarse a trav#s de un análisis del mecanismo de corrosión.
*rotección cató#ica/ 6a protección catódica de estructuras de acero se basa en la aplicación de un metal que sea anódico respecto del acero, de tal manera que proteja a este %ltimo mediante el establecimiento de una celda galvánica intencional, en donde el acero se convierte en cátodo, es decir en el metal protegido. Este mecanismo de protección implica por lo tanto el aporte de un metal de
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sacrificio que se corroerá preferencialmente. !i se analiza la serie galvánica de los metales, se puede ver que tanto el =n como el l y el 8g, son anódicos respecto del $ierro y del acero.
!e distinguen 1 sistemas de protecciónA a) plicación de * a '2 mils de =n o l sobre la superficie en donde el revestimiento protege al acero comportándose como ánodo y degradándose preferencialmente. b) plicación de * a '2 mils de =n o l sobre la superficie, seguido de la aplicación de un sellante. Este m#todo se utiliza preferentemente en tuberías y estructuras enterradas o sumergidas. &'2
In0ibi#ores #e la corrosión/ Este m#todo considera el uso de pequeas cantidades de compuestos orgánicos o inorgánicos capaces de formar una película o barrera ad$erente en la superficie del acero por atracción el#ctrica o por una reacción, evitando el acceso de los agentes corrosivos. Estos compuestos se caracterizan por las altas cargas el#ctricas en los e"tremos de sus mol#culas capaces de ser atraídas por la superficie a proteger3 desafortunadamente esta atracción no es permanente siendo necesarios una dosificación constante en el medio. Este m#todo se utiliza preferentemente en donde e"isten medios fluidos de recirculación. ambi#n su uso es en el campo de los sistemas de enfriamiento o disipadores de calor tales como los radiadores, torres de enfriamiento, calderas. !e $an realizado muc$os trabajos acerca de in$ibidores de corrosión como alternativas viables para reducir la velocidad de la corrosión en la industria. &''
Recbrimientos anticorrosivos/ Este m#todo al igual que el anterior considera la formación de una barrera que impida en lo posible el acceso de los agentes corrosivos a la superficie metálica3 no obstante, la barrera es formada a partir de la aplicación de una dispersión liquida de una resina y un pigmento, con eliminación posterior del solvente, obteni#ndose una película sólida ad$erida a la superficie metálica. Estos son usados para aislar las regiones anódicas y catódicas e
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impiden la difusión del o"ígeno o del vapor de agua, los cuales son una gran fuente que inicia la corrosión o la o"idación. En general, se emplean pinturas del tipo vinílica, acrílicas, epó"ica, uretanos, siliconas, etc. !u durabilidad está condicionada a la resistencia que presente esta película al medio agresivo. !u uso está muy generalizado en la protección de estructuras e instalaciones a#reas o sumergidas. &'1
Elección #e materiales #e constrcción 1 #ise2o 4uando las condiciones de presión y temperatura sean muy e"tremas o bien el medio sea e"cesivamente agresivo en tal forma que los m#todos anteriores no sean utilizables se puede recurrir a una selección adecuada de materiales (generalmente caros). 6a primera idea es escoger todo un material que no se corroa en el ambiente considerado. !e pueden utilizar aceros ino"idables, aluminios, cerámicas, polímeros (plásticos), FG-, etc. 6a elección tambi#n debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicación (masa de la pieza, resistencia a la deformación, al calor, capacidad de conducir la electricidad, etc.). 6a alta resistencia a la corrosión de estos materiales se basa en la formación inicial de una capa delgada de ó"ido del metal y muy ad$erente e impermeable. este fenómeno se le conoce como pasivación. fortunadamente la frecuencia en el uso de este m#todo es menor en las instalaciones de la industria. &'*
CONCLUSIONES
a/ 6a causa, tiempo de iniciación, así como el periodo de propagación del proceso de corrosión pueden aumentar significativamente, dependiendo de los criterios empleados para clasificar los diferentes modos o tipos de corrosión que se pueden presentar en los aceros, y que causan grandes p#rdidas a nivel industrial. 4onsiderando el aspecto económico de cada uno de b/ los m#todos para prevenir la corrosión, así como sus limitaciones, las cuales necesariamente repercuten en su eficiencia de protección se manifiesta que la solución a los problemas de corrosión está enfocada a su control más que a su eliminación. 4ada uno de los m#todos constituye una e"tensa área de estudio dentro de la ingeniería de corrosión. El uso de recubrimientos anticorrosivos para la c/ protección de instalaciones industriales constituye una de las prácticas más comunes en el control de corrosión, tanto por su versatilidad de uso como por su bajo costo relativo. Estadísticamente en un gran porcentaje dentro de la industria se $a desarrollado gran diversidad de recubrimientos caracterizados fundamentalmente por el tipo de resina y pigmento utilizados en su formulación. RECOMENDACIONES
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Es recomendable profundizar la temática de control y prevención de la corrosión en metales como práctica concisa dentro del medio de mantenimiento industrial, puesto que esta área es bastante amplia, dado el sinn%mero de condiciones a los cuales se encuentran sometidos los metales que forman equipos y $erramientas. b/ Es necesario reconocer drásticamente que la corrosión causa graves daos a infraestructuras y equipos fabricados de acero o cualquier otro metal, por lo cual se debería impulsar una inversión como apoyo económico muy elevado para generar investigaciones que se enfoquen a eliminar por completo con este fenómeno. a.
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