RESUMEN El presente trabajo trata de explicar los problemas más comunes de corrosión existentes en los diversos metales que se utilizan en la industria. Se muestra un resumen de todas las clases de corrosión presentes y se mostrara una sección en la cual se detalla las aleaciones mas importantes a ser utilizadas de manera general. Por ultimo se tocará un ejemplo típico de material muy utilizado en la industria metal mecánica y finalmente se hablara extensamente acerca de los aceros inoxidables y de sus aleaciones que presentan mejores condiciones para soportar diversos tipos de agentes corrosivos. I) TIPOS DE CORROSION 1. CORROSION GALVANICA Influyen 3 aspectos (Nivel de polarización de la reacción catódica, la relación de áreas ánodo cátodo, posible presencia de películas estables de productos oxidados sobre las superficies metálicas de los metales anódico y catódico) - Aleaciones de aluminio endurecidas por precipitación - Fenómenos de "descincificacion" en latones - Fenómenos de "grafitización" en fundiciones grises - Fenómenos de "cementación" en aceros al carbono - Ataque selectivo sobre la martensita en aceros al carbono - Ataque selectivo sobre la ferrita en micro estructuras constituidas por austenita y ferrita presentes en el cordón de soldadura de aceros inoxidables - Ataque en límite de grano en aceros inoxidables sensibilizados 2. CORROSION POR RESQUICIO Básicamente existe una influencia en la geometría de la cavidad, ya que es el gobernante de este tipo de corrosión Existe una diferencia entre resquicio y picadura (son dos formas diferentes de inicio de corrosión) - Problemas de corrosión en resquicio en materiales metálicos expuestos a la atmosfera - Deformaciones originadas por los productos de corrosión generados en el resquicio r esquicio - Corrosión de materiales pulvimetalúrgicos 2.1 CORROSION FILIFORME Es un mecanismo de aireación diferencial, se presenta en metales que poseen una cubierta fina de película orgánica, que se desprende por un rasguño o defecto mecánico
- La formación de acido carbónico, procedente del CO2, favorece la c. filiforme, así como sulfuros, cloruros y sulfatos - En aceros al carbono, los defectos de aplicación de recubrimientos orgánicos, la humedad y vapor de agua presentes en el aire, pueden condensarse y si estas presentan sales, forman un gran electrolito al ser conductor. Sellando la zona de cola con alguna resina epoxi, se puede detener el proceso de avance de la grieta generada. - Aluminio y magnesio presentan también corrosión filiforme, la propagación de grietas formadas, para el caso del magnesio son mayores que para el acero y el aluminio. Las zonas costeras e industriales son severas para estos materiales Es clásico, en la aviación, ver las superficies pintadas muy lisas para evitar este tipo de corrosión. Ya que cuanto más rugosa sea la superficie a pintar el ataque será mucho más severo. Para prevenir la corrosión en resquicio, disminuir la agresividad del medio (acidez, cloruros y temperatura) que reduzcan el pH, o el aumento de resistencia de materiales. Las juntas soldadas son mejor que las remachadas o atornilladas, para evitar este tipo de corrosión. El Cr, Ni, Mo y N, ayudan al acero Inoxidable contra la protección frente a este tipo de corrosión. El caso concreto de c. filiforme, reducir la humedad por debajo de 55%. En aceros al carbono, la aplicación de capas de pinturas, base zinc ayudan a proteger contra este tipo de corrosión, en el aluminio, el anodizado, es también aconsejable aplicar mas de una capa de pintura 3. CORROSION POR PICADURA Los fenómenos asociados a la corrosión por picadura, aparecen como consecuencia de una heterogeneidad, bien en la superficie del metal o bien en el electrolito en su contacto, con la particularidad que el ánodo presenta una superficie muy reducida respecto a la correspondiente zona que es el cátodo de la pila de corrosión En general, las heterogeneidades están marcadas por factores macro mac ro y microscópicos - Factores Macroscópicos (Regiones mal aireadas, formación de pilas de aireación diferencial con zonas pobres en oxigeno), también puede iniciarse la picadura como consecuencia de la disolución selectiva de una fase minoritaria en el material metálico. - Factores Microscópicos (Se ha encontrado que aleaciones de alta resistencia a la corrosión, presenta este tipo de corrosión, cuando se esta en medios con pH cercanos a la neutralidad, y cuando electroquímicamente, el material esta en la zona estabilidad de películas pasivas en el diagrama de Pourbaix. Así mismo, se ha encontrado que la presencia de halogenuros como Cl, F, I, Br, son aniones agresivos y deformables, que pueden ingresar fácilmente en la estructura reticular de los productos oxidados que generan la capa pasiva) - Potencial de Picadura: Es el potencial de corrosión, para que la picadura progrese.
Factores que afectan el potencial de picadura.
-
El tipo de anión agresivo: Los halogenuros ya mencionados
-
La concentración del anión agresivo: a mayor concentración, el potencial disminuye
-
Composición del material metálico: Las aleaciones Fe-Cr, y dependiendo del % de Cr en las aleaciones, tendrán resistencia frente al ataque por picadura. La adición de Mo en ac. Inoxidables austeníticos, como el AISI 316, son resistentes a la corrosión en medios donde esta presentes cloruros.
-
El pH, Temp. y geometría de la superficie: Ya que el pH puede condicionar, la acidez de un medio, la temp, influye también condicionando el medio y la concentración, por medio de la ec. de Nerst y las irregularidades geométricas igualmente.
Potencial de Picadura (concepto):
- La reacción de hidrolisis del catión genera acidificación local en el interior de la cavidad, además que de un metal trabajando en contacto en ambientes de azufre, puede formar sulfuros y dar lugar a formar H2S. Es una de las razones por las que se añaden Cu a los aceros ya que los sulfuros de cobre son insolubles y requieren muy bajo pH para generar acido sulfhídrico. Evaluación de la susceptibilidad a la corrosión por picadura:
- Métodos químicos: - Métodos electroquímicos: Desarrollo del concepto de potencial de picadura (análisis de aleaciones Al-Cu)
La aleación Al-Cu presente buena resistencia mecánica y es de bajo peso. Al ser tratados térmicamente presentara una micro estructura en las que los limites de grano, en sus proximidades, existirá una fase pobre de cobre. Como consecuencia de esto, existe el riesgo de ataque por picadura. 4. CORROSION INTERGRANULAR Corrosión intergranular es el ataque selectivo en limites de grano que tiene lugar en aleaciones Fe-Cr o Ni-Cr cuando se presentan determinadas características micro estructurales y se sitúan en contacto con medios especialmente agresivos, fundamentalmente fundamentalmente del tipo acido. El ataque es importante en aceros sensibilizados, que sufrieron un tratamiento térmico entre temperaturas de 450-900C y en medios ácidos. Son importantes el tiempo de sensibilización (que es llevada a cabo el tratamiento térmico), composición del acero, tamaño de grano austenítico y grado de acritud del acero. Existe un postulado aceptado por la comunidad científica, en que la corrosión intergranular se debe a la precipitación previa de carburos de cromo Cr23C6 en los limites de grano
austeníticos. Aunque igualmente, se han encontrado algunas divergencias, se pueden definir 3 orígenes para este tipo de corrosión: - Zona empobrecida de cromo Al ser sometido a un determinado proceso, un acero inoxidable caso típico un AISI 304, con 18% Cr y 8% Ni, y cuando se supera esta en el rango de temperaturas de 800C, se presenta una asociación del cromo presente con el carbono contenido en el acero (0.06%), y forman carburos de cromo, un carburo estable que al formarse, retira el cromo presente y necesario para la capa pasiva (cromo 12%), siendo esta zona susceptible a la cor rosión. Se puede presentar en procesos de soldadura, ya que las temperaturas alcanzadas fluctúan en el proceso de unión, los 800C, es por eso que se recomienda utilizar un enfriamiento o temple rápido, en los 1000C. - Tensiones en la interface matriz-carburo Se plantea que existiría tensiones internas en las intercaras, ya que el ataque será proporcional a la falta de acoplamiento atómico en la interface, debido la orientación de grano austenítico que conforma el limite. - Efecto electroquímico Por el efecto de precipitación de carburos, en una unión soldada de acero inoxidable, la región del límite de grano próxima al carburo presentaría comportamiento anódico respecto a este y sobre ella se localizaría el ataque. Factores que influyen en la cinética de la precipitación de los carburos
Por numerosos ensayos, se ha demostrado que la precipitación del carburo se produce como consecuencia de la sobresaturación existente en el % de carbono de la matriz austenítica. El porcentaje de equilibrio del C a 600C, es de 0.02%, y el ace. Inox contiene entre 0.06-0.08% La estructura evolucionara hacia el equilibrio, y se precipita el carburo, en este transito se pueden ver 2 etapas: - Nucleación: Máxima alrededor de 750 C - Crecimiento: Destacan algunas consideraciones, como la sensibilidad del ac.
Austenítico a la corrosión intergranular, esta en el contenido de carbono en el acero. Se puede definir que Temperaturas superiores a 700C, el factor controlante del crecimiento del carburo, parece ser la difusión de carbono desde la matriz austenítica hasta el núcleo inicial del carburo, de manera que la difusión de Cr es alta. -Relación entre temperatura y tiempo para la sensibilización (Diagrama T-t-s) Como resumen de los diferentes diagramas T-t-s, se puede definir que el rango de Temperatura critica para las que la sensibilización se produce en tiempos muy cortos esta entre 700-800C -Influencia de otras variables sobre la sensibilización a la corrosión intergranular
- El factor primordial que afecta la sensibilización de los ac. inox. austeníticos, es la presencia del carbono. Cuanto mayor es este, aumenta la sensibilización, un peso de 0.02% seria lo ideal, y no existiría riesgo de c. intergranular, pero un ac. Inox. De 0.02% C, posee bajas propiedades mecánicas, y seria muy caro - El aumento de Cr y Mo, disminuyen el riesgo de sensibilización - El incremento de N en la red reticular, disminuye el riesgo de sensibilización. - El Ti y Nb, se agruparan y precipitaran en carburos de estos elementos, pero si se trabaja en soluciones Oxidantes como HNO3, la presencia de estos elementos propicia el ataque corrosivo. - En Ac. Inox. Ferri ticos, el incremento de Cr no es apreciable sobre la sensibilización del mismo. Influencia del tamaño de grano austenítico
La precipitación se inicia preferentemente en el punto de encuentro de 3 granos, cuando es un grano fino, es un pequeño volumen, se encontraran puntos singulares que consumirán Cr y C para la formación del carburo. En los límites próximos el crecimiento de los núcleos esta muy controlado y las partículas no llegan a intercomunicarse. Si se tiene un grano grueso, la separación de límites en 3 granos es mayor y facilita la difusión y el crecimiento del carburo, y la comunicación es mayor, lo que genera la banda pobre en Cr que es la responsable de la sensibilización. - Influencia del grado de acritud Se ha observado que cuando existe una deformación en frio, parte de la austenita se puede transformar en martensita aunque no produce un efecto significativo en el efecto corrosivo intergranular, si genera algunas variantes de sensibilización del material, en ensayos normalizados. Finalmente, se sabe que influye la estequiometria del carburo precipitado sobre la sensibilización a la corrosión intergranular. Procedimiento para reducir el riesgo de sensibilización a la corrosión intergranular
- Por un tratamiento térmico de solubilización de carburos, que es un temple del acero a 1000C y enfriado rápidamente en agua, no aplicable en algunos casos por dimensiones o excesivas deformaciones. - Utilización de Diferentes ac. Inox. con contenidos de Nb y Tantalio, ya que producen carburos mas estables. - Reducción cada vez en menor cantidad de carbono - El empleo de aceros Dúplex Ensayos para determinar la sensibilización a la corrosión intergranular en ac. Inox. Austeníticos
- Ensayo Huey
- Ensayo Strauss Modificado - Ensayos electroquímicos 5. CORROSION TIPOS MECANICOS CON ELECTROQUIMICOS 5.1 CORROSION FRICCION Es la actuación mecánica, en fenómenos de fricción, erosión, actuación de tensiones estáticas, ya sean aplicadas o residuales o tensiones cíclicas. Algunos ejemplos característicos, son el agrietamiento en calderas que trabajan bajo tensión por presión en intercambiadores de calor por los que pasan gases o líquidos agresivos, agrietamiento en dispositivos sometidos a vibración o a fatiga térmica, perforaciones en tuberías por las que circulan líquidos a elevada velocidad, etc. También se conoce como Fretting corrosión, se produce en la intercara entre dos superficies en contacto, una de ellas al menos metálica, en contacto con aire húmedo cuando existe un movimiento relativo una de otra. También se conoce como corrosión por frotamiento o desgaste. -Mecanismo de la corrosión - fricción:
Al estar en contacto dos superficies, y existe un desplazamiento relativo, se produce el levantamiento de óxidos de capas protectoras. Estas zonas quedando limpias, nuevamente actúan por el mecanismo señalado, y producen partículas desprendidas, que actuaran como abrasivo sobre la superficie, lo que propiciará el fenómeno de ataque electroquímico sobre las superficies limpias. Existen factores controlantes del proceso como son la agresividad del medio, la vibración, el número de ciclos, la amplitud del desplazamiento, la carga aplicada. El calentamiento local originado por fricción, que seria una probable corrosión a alta temp. no es determinante en el proceso. Las temperaturas bajas ayudaran al mayor deterioro, ya que captan mayor cantidad de oxigeno. El aumento de la humedad relativa disminuye el deterioro. Existen algunos casos típicos en donde se encuentra mayor cantidad de deterioros por este tipo de corrosión: - Muelles de suspensión - Regiones de contacto diversas de maquinarias en movimiento o en vibración - Conectores, relés eléctricos - Tubos de intercambiadores de calor, en las zonas de contacto con soportes - Zonas de máxima concavidad en alabes de turbinas de gas. Para evitar este tipo de corrosión, se recomienda: - Evitar desplazamientos sobre superficies, vibraciones, aumentar la rugosidad del c ontacto
- Tratar de reducir las cargas - Tratar de que el contacto sea entre un metal blando y uno duro - Empleo de lubricantes - Situar en la intercara un polímero 5.2 CORROSION EROSION Líquidos o sólidos en suspensión que se trasladan por encima de un cierto valor de velocidad sobre una superficie metálica. El ataque es mas violento al aumentar la velocidad del fluido Deben evitarse los cambios bruscos de orientación y reducciones en tuberías, para evitar aumentos locales en la velocidad de flujo Cuando se trabajan con tuberías que transportan sedimentos, o materiales en suspensión, el problema de corrosión, se acrecienta en los tramos horizontales cuando la sedimentación cae, generando zonas de aireación diferencial En general, el ataque es en forma de surcos sobre la superficie metálica y orientada en determinados sentidos. La resistencia a la corrosión erosión, aumenta con el aumento de la dureza y resistencia a la tracción, siempre y cuando el endurecimiento no haya sido efectuado por tratamiento térmico, pues la presencia de heterogeneidades reduce la resistencia. Existen algunas recomendaciones para evitar los fenómenos de corrosión - erosión, estas son: - Selección de una aleación de buena resistencia a este tipo de corrosión - Evitar tramos horizontales cuando se traslada sólidos en suspensión - Disminuir la velocidad de transporte - Evitar cambios bruscos de orientación y sección - Aplicar protección catódica o recubrimientos protectores, también es importante indicar la disminución de cloruros y empleo de inhibidores ayudan a prevenir esta corrosión 5.3 CORROSION CAVITACION Ocurre cuando se trabaja con líquidos a altas velocidades y generan presiones moderadas. Es típico en bombas, ya que al impulsar a alturas elevadas, la velocidad generada en los alabes, hace que muchas burbujas de gas contenidas en el liquido transportado implosiones y hagan un deterioro pronunciado en los alabes de las bombas. Debido a este arranque o desprendimiento de material, esta superficie es perfecta para la nucleación de nuevas burbujas cavitantes. Las recomendaciones para prevenir este tipo de corrosión, son básicamente en el diseño y la utilización de ac. inox austeníticos y ferríticos, aleaciones de cobre de elevada dureza, bronces
y aluminio, así como superaleaciones de base cobalto. Aplicación catódica igualmente es recomendable cuando se pueda aplicar esta. 6. CORROSION BAJO TENSION Es notorio en este tipo de corrosión, la aparición de grietas que avanzan en dirección aproximadamente normal a la de aplicación de la tensión. El avance de la grieta puede ser muy rápido. Para que aparezca este tipo de corrosión, es necesario que aparezcan 3 aspectos: - Presencia de tensiones altas, residuales o aplicadas. - Material susceptible al agrietamiento - Medio agresivo circundante Mecanismo del proceso de corrosión bajo tensión
Hay dos etapas: - Incubación de la grieta
Es la formación de una cavidad básicamente por efectos mecánicos o electroquímicos o una combinación de ambos, o una cavidad propia de alguna irregularidad en el proceso de conformado, o mecanizado. El riesgo de aparición de este tipo de corrosión crece en condiciones de inestabilidad de películas pasivas, de manera que, cuando el material trabaja en potenciales cercanos a la pasividad la probabilidad de aparecer el fenómeno, crece, igualmente influye la temperatura sobre este fenómeno. -Etapa de desarrollo de la grieta
Existen 3 teorías marcadas sobre estos fenómenos las cuales son. - Agrietamiento por mecanismo netamente electroquímico
Por una reacción anódica muy fuerte, originado en la entalla producida, que generaría deformación plástica en el material y ruptura de la capa pasivable y secuencias electroquímicas, dando lugar a una fuerte reacción anódica que genere un avance de grieta muy alto. - Agrietamiento con participación conjunta de factores mecánicos y electroquímicos
En esta teoría, se explica que incluyendo los factores electroquímicos con el medio circundante, también la generación de entallas, y concentradores de esfuerzos hacen que se propague la grieta con una alta velocidad. - Mecanismos de movilidad superficial Establecieron que el nivel de contaminación superficial del material metálico y la naturaleza del contaminante (punto de fusión) cambian de forma muy significativa la movilidad superficial
de los átomos del metal, de forma que a medida que crece el punto de fusión, baja la movilidad superficial, y si baja el punto de fusión, crece la movilidad superficial. La movilidad se da por las vacancias existentes en la red cristalina. Fenómenos de agrietamiento por corrosión bajo tensión en aleaciones de interés industrial
- Calderas cuando el acero esta en contacto con pH alcalino (remediar con tratamiento del agua, añadiendo fosfatos) o ion amonio. - Tuberías de acero de baja aleación que transporta gas o petróleo - En aceros inox. Austeníticos o cualquier aleación Fe-Cr-Ni, se ha estudiado el comportamiento de la temp. Concrentación de ion cloro, contenido de oxigeno. El contenido de Níquel, por encima del 10% aumenta la resistencia a falla. Los ac. inox. ferríticos, presentan mejor resistencia ante la corrosión bajo tensión que los austeníticos, aunque estos, sean peores en casi los demás tipos de corrosión existentes. Los aceros dúplex, presentan mejores protecciones ante este tipo de corrosión. El aluminio de alta pureza, no es susceptible a este tipo de corrosión. Las aleaciones son las mas susceptibles a este tipo de corrosión, especialmente las que son tratadas térmicamente. los medios agresivos con el agua de mar, aire húmedo, agua potable. Procedimientos para reducir el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión:
las micro estructuras complejas, los medios agresivos, la temperatura, presencia de iones Cl, las tensiones aplicadas, el pH, son factores controlantes del proceso, por lo que atenuarlas es primordial, si es que puede llevarse a cabo. Trabajar en la zona de inmunidad a la corrosión, en el diagrama de Pourbaix da buenos resultados. 7. CORROSION FATIGA Agrietamiento producido por una carga cíclica y la presencia de un medio agresivo desde el punto de vista corrosivo. Es decisivo en el diseño ingenieril conocer el Limite de fatiga, puesto que si se diseña con este valor como carga máxima de tensión fluctuante, no permitirá que ocurra fallo por fatiga Las grietas producidas por la corrosión-fatiga no suelen ser ramificadas. Se pueden observar algunos aspectos interesantes: - Los esfuerzos residuales producidos en la historia termo mecánica de una aleación son desfavorables para la protección contra este tipo de corrosión. - La resistencia a la corrosión fatiga es menor en agua de mar que en agua dulce - Los aceros aleados, no mejoran su resistencia a este tipo de corrosión frente a los ac. al carbono, tampoco lo hace el % de carbono
- Los ac. inox. (Contenido de Cr 12%) mejoran su comportamiento ante este tipo de corrosión, al igual que lo hace el Molibdeno - El tratamiento térmico, no modifica apreciablemente el comportamiento a este tipo de corrosión. Las aleaciones de aluminio, son malas ante este tipo de corrosión. Mecanismos de la corrosión fatiga
Por la aparición de grieta, y el trabajo de aireación diferencial, por deficiencia de oxigeno al interior de la grieta, que hace que esta se propague, adicionalmente, el avance de la grieta esta favorecida, por las cargas cíclicas actuantes en las intercaras. Fenómenos de corrosión-fatiga térmica
Cuando un metal esta sometido a ciclos térmicos, también ocurre fatiga térmica. Estas se acentúan cuando existen calentamientos locales originados por calcinación de productos de corrosión impregnados en el metal. Este fenómeno ocurre en hornos, calderas, y demás equipos diseñados para ciclos térmicos. Aspectos básicos para el diagnostico de fenómenos de corrosión-fatiga
- Tensión cíclica - Aparición de grietas, que también son originadas por aireación diferencial, c. microbiológica, aniones agresivos, etc. - Las grietas son cuasi paralelas - La rotura se produce con deformación - La zona de fractura final presenta una morfología similar a la "arena de playa", y las grietas se orientan transversalmente al eje del elemento metálico (tuberías) Medidas de prevención y protección contra fenómenos de corrosión-fatiga
- Disminución del nivel tensorial - Modificación del medio agresivo - Selección adecuada del material metálico - Empleo de inhibidores o recubrimientos 8. FRAGILIZACION POR HIDROGENO Algunos autores lo asocian a la corrosión bajo tensión. Aunque no se explica la altísima velocidad de propagación de grieta. Se presenta en aleaciones muy resistentes de alta resistencia a la tracción. Son susceptibles los materiales férreos tratados térmicamente, cuando se ha obtenido martensita.
Los ac. Inox. austeníticos (18-8) son inmunes a este tipo de fragilización. En Ac. Inox. ferríticos y martensíticos, existe esta fragilización, también en aleaciones de alta resistencia, con Mo, Ti, Mn y tantalio. Mecanismo de fragilización por hidrogeno
Cuando un átomo de hidrogeno entra en la red cristalina, produce una deformación, y esta propicia la entrada de mas átomos de hidrogeno, ya que su tendencia es segregarse en regiones de acumulación de tensión. Los átomos de hidrogeno a su vez, formaran gas hidrogeno y este a su vez, creara una alta presión interna que deformara apreciablemente el metal. Por tanto, los fenómenos de fragilización por hidrogeno y la aparición de grietas, pueden aparecer cuando el material esta sometido a tensión, que puede ser estática, residual o aplicada, y por esta vía puede ingresar el hidrogeno atómico dentro de la red reticular del metal. Aspectos a considerar para la identificación de fenómenos de fragilización por hidrogeno
- La rotura, es sin deformación, son rápidas y sin ramificación - La protección catódica, propicia la aparición de fenómenos de fragilización por hidrogeno - Aparecen micro poros en la superficie de fractura - Muchas grietas son finas en forma de pelos - Grietas transgranulares - No requieren un medio específico para su aparición - El avance de propagación de grieta es más rápido en temperatura ambiente. 9. CORROSION EN CONTACTO CON MEDIOS NATURALES Se vera, la corrosión de materiales en medios de aguas dulces o saldas o enterrados. Corrosión atmosférica En HR entre 40-50%, se produce una fina capa húmeda. Existirá entonces una Humedad critica en la cual comenzara los mecanismos electroquímicos de corrosión. y un tiempo de humectación que son predominantes en el efecto corrosivo, junto con los contaminantes como Cl- y SO2. Formación de Película Húmeda
Existen 3 medios, por los que a una determinada humedad relativa, esta se condensa y propicia la aparición de la película húmeda - Condensación por capilaridad: Se da en resquicios, curvaturas, en los que la humedad llegara a ser alta y favorezca la condensación local - Condensación por adsorción: Fijación de moléculas de agua por fuerzas atrayentes
- Condensación química: Humidificación de la superficie como consecuencia de la fijación del agua por productos como óxidos, hidróxidos, etc. Mecanismos de corrosión atmosférica
Lo productos finales son hidróxidos, óxidos hidratados y oxihidróxidos del metal expuesto Influencia de distintos factores sobre la velocidad de corrosión de los materiales metálicos en contacto con la atmosfera
- Espesor de película húmeda Existe una curva característica donde el espesor critico de película húmeda estará entre 500 micrómetros. - Contaminación atmosférica Los contaminantes de mayor incidencia son el SO2, el Ion Cloro y los óxidos de Nitrógeno (en menor medida) - Efecto de lluvia acida La alta contaminación atmosférica puede contener - HCl proveniente de combustión de carbones o destrucción de polímeros con el Cloruro de vinilo (PVC) - HNO3, proveniente de hidrocarburos - H2SO4, proveniente de la reacción del SO2 - Ácidos orgánicos. En general, el efecto de lluvia acida tiende a reducir el pH entre valores inferiores a 4, y generar despolarización anódica. Predicción de datos de corrosión atmosférica Las áreas atmosféricas se van a clasificar en - Rurales (contaminadas por SO2, en alguna medida, aunque menor) - Urbanas (contaminadas por SO2) - Industriales (contaminadas por SO2, NOx, Cl-) - Marinas (principalmente contaminadas por Cl-) Medidas de protección - Recubrimientos metálicos, pinturas anticorrosivas - Disminuir la HR en espacios cerrados por debajo de 40-50% - Empleo de inhibidores Recomendaciones para reducir el riesgo de corrosión de materiales metálicos con agua dulce
- Evitar la introducción del aire - Evitar la formación de pares galvánicos - En ac. Galvanizado, la temperatura del agua no debe superar los 60C - Tratar el agua mediante inhibidores - Tomar las recomendaciones que evitan la corrosión - erosión. Corrosión marina El agua de mar constituye un electrolito muy agresivo como consecuencia de algunas características como: - Alta conductividad - Para concentraciones de NaCl, se da el mayor nivel de solubilidad de O2 - El anión Cl- rompe películas pasivas - Se puede formar fácilmente corrosión microbiológica En agua de mar se dan los siguientes casos de corrosión. - Generalizada - Aireación diferencial, esencialmente cuando aparecen incrustaciones - Galvánica (debido a la alta conductivad del electrolito) - Por picadura, debido a los cloruros - Corrosión - erosión, cuando el agua de mar circula a velocidades altas - Corrosión bajo tensión (cloruros son un medio agresivo) - Corrosión fatiga (en hélices de bronce de embarcaciones) - Corrosión microbiológica Influencia de la profundidad en la corrosión marina
Existe una grafica en la cual, se puede determinar una zona de salpicadura, en donde la perdida relativa del material es la mas alta. y no necesariamente tiene relación con la máxima profundidad, se dan en profundidades intermedias. Incrustaciones
Es la adherencia de microorganismos de carácter biológico cuando un metal ha sido sumergido en el mar, por periodo de tiempo. Debido al metabolismo de estos agentes biológicos (velo biológico), se generan corrosión por aireación diferencial. Corrosión de materiales metálicos enterrados
Factores como el pH, nivel de aireación del suelo, resistencia eléctrica, granulometría, composición química, etc. son factores controlantes de un proceso corrosivo en estructuras metálicas enterradas. Reacción de corrosión en contacto con el suelo
El mecanismo de corrosión es electroquímico, siempre que exista un mínimo de humedad que permita la existencia de una película de condensación sobre el metal expuesto. Características del suelo como medio agresivo
En general, los suelos pedrosos, son suelos menos agresivos que los arcillosos, ya que los suelos arcillosos son húmedos y conductores. El pH del suelo también es importante, ya que podría ser que un suelo con pH 9 o superior origine una corrosión alcalina de metales anfóteros que se disolverían formando aniones solubles. Los aniones Cl- y SO4 contribuyen a la corrosividad del suelo, rompiendo películas pasivas y generando corrosión por picadura o la acción biológica de bacterias sulfatos reductores. Fenómenos de corrosión originadas por corrientes vagabundas o erráticas
Es habitual, en instalaciones industriales, las que usan toma a tierra y están cerca de tuberías enterradas, corrientes de descarga que logran atravesar hacia la tubería y de esta forma la corriente vagabunda tendería a salir por donde exista mas conducción eléctrica, es decir en zonas por donde exista algún fallo como poros, grietas, etc. agravando así la protección contra la corrosión impuesta sobre la tubería. Fenómenos de corrosión por picaduras en estructuras metálicas enterradas
La aparición de picaduras puede deberse a distintas circunstancias como son: -
Fenómenos muy locales de aireación diferencial
-
Fallos muy locales en revestimientos como poros o pequeñas grietas
-
Zonas de salida de corrientes vagabundas
-
Regiones de resquicio
-
Efecto de aniones agresivos como el Cl-
10. CORROSION MICROBIOLOGICA Se presenta en numerosas industrias, como la química, del petróleo, naval, etc. Son especialmente susceptibles de ser atacados por microorganismos el hierro y el acero, el aluminio y sus aleaciones, el cobre, el cinc el plomo y sus aleaciones. y también materiales no metálicos como el hormigón, cauchos, polímeros, etc. Lo productos derivados de su metabolismo se denomina Biofouling. Influencia del Biofouling en los procesos de corrosión electroquímica
Se debe a las siguientes circunstancias: - Modificación del pH del medio por formación de H2SO4 o áci dos orgánicos. - Aportación al medio de iones que participan en el proceso de corrosión como el S* - Aportando o reduciendo el contenido de O2 en la interfase, lo que modificaría el factor de polarización de difusión para la reacción de reducción de oxigeno y en ocasiones podría influir sobre las condiciones de actividad o pasividad del material metálico. - En fenómenos de corrosión por picadura el ion NO3- puede actuar como inhibidor en el ataque del acero inox. y aluminio en presencia de cloruros. - Puede aumentar el potencial de corrosión lo que originaria un traslado de su punto en el diagrama de Pourbaix a otro estado de corrosión. Como consecuencia de su actividad metabólica, estos microorganismos reducen el pH, produciendo la rotura local de la película pasiva, facilitando la llegada de iones agresivos como del ClPueden hacer una modificación del coeficiente de transferencia de calor e inducir en fenómenos de corrosión fatiga térmica. Principales microorganismos que participan en los fenómenos de corrosión microbiológica
- Algas: Propicia el aporte de O2 - Hongos: Precisan de O2 para su desarrollo. A través de su metabolismo generan compuestos de naturaleza orgánica, generalmente ácidos cítricos, oxálicos, gluconico, que son agresivos. - Bacterias: - Pseudomonas: Generan mercaptanos (Compuestos fuertemente olorosos de carbono, hidrógeno y azufre que se encuentran en el gas y en el aceite. Algunas veces se agregan al gas natural por razones de seguridad), que resultan agresivos para el hierro y sus aleaciones. - Sulfobacterias: Destaca la fotolotrofas, que genera el ion sulfato a través de una reacción foto lumínica. - Sulfatorreductoras (BRS): Rompen la capa pasiva y posteriormente hacen una corrosión por picadura en el hierro y sus aleaciones a través de su metabolismo. - Ferrobacterias: oxidan el ion Fe2 o Fe3 que se deposita generalmente como hidróxido de hierro hidratado. Procedimiento de protección contra la corrosión microbiológica
- Uso de recubrimiento protectores de tipo asfaltico o polietileno - Protección catódica - Adición de sustancias biocidas
- Modificación de pH, Temperatura o nivel de aireación 11. CORROSION EN CONTACTO CON HORMIGON Cuando las armaduras de acero entran en contacto con el hormigón, las condiciones de potencial de corrosión y pH sitúan al acero en condiciones de pasividad, de acuerdo con el correspondiente diagrama de Pourbaix. En consecuencia la velocidad de corrosión es prácticamente despreciable. Sin embargo determinadas circunstancias pueden cambiar esta situación llevando al acero a altas velocidades de corrosión llevando a la estructura a consecuencias nefastas. Es de importancia vital conocer por ende, las consecuencias y los medios por los que se generan este tipo de corrosión dentro del hormigón. Consecuencias de la corrosión de las armaduras del hormigón armado
- Sobre el acero, con una disminución de su resistencia mecánica como consecuencia de la perdida de sección - Sobre el hormigón produciendo figuración - Sobre la adherencia hormigón-acero Factores desencadenantes de la corrosión de las armaduras de acero en contacto con hormigón
- La carbonatación del hormigón: (formación de hidróxidos de calcio por efecto del CO2 por el aire o agua), lo que provoca en reducción del pH hasta valores inferiores a 9. esto hace que el acero se situé en la región de corrosión y aumento de la velocidad de corrosión. - El acceso de iones agresivos como cloruros hasta la armadura, que rompe la capa pasiva originando fenómenos de corrosión por picadura - Formación de pilas de aireación diferencial - Presencia de corrientes vagabundas - Tensiones presentes en las armaduras Otros factores acelerantes de la corrosión, como son la formación de soluciones como el So2 provenientes de ambientes industriales También por fuerzas residuales que generarían en las armaduras tensiones y una posible corrosión bajo tensión, además de una posible fragilizacion por hidrogeno Los cementos aluminosos por ejemplo han sido prohibidos ya que favorece al hidrogeno atómico y su inserción en la armadura La presencia de mortero de mezcla de cementos diferentes, cementos menos alcalinos y en general, la presencia de heterogeneidades con iones cloruros generan un pH local suficiente para romper la capa pasiva y originar el fenómeno de corrosión.
Recomendaciones básicas para reducir el riesgo de deterioro por corrosión de estructuras de hormigón armado
- Trabajar con la relación agua-cemento mas baja posible para obtener hormigones de baja permeabilidad (obtener buenos acabados superficiales, sin presencia de porosidades numerosas y voluminosas) - Alcanzar una buena compactación del hormigón - Asegurar un curado largo y continuo (sin un curado adecuado, se generara un hormigón poroso) - Asegurar que el recubrimiento de hormigón en la estructura sea homogéneo - Evitar la presencia de cloruros - Evitar las fuerzas antes de estar el hormigón totalmente curado - En determinados casos es posible aplicar recubrimientos protectores a la armadura antes de integrarla a la estructura. 12. CORROSION A ALTA TEMPERATURA Difiere a la corrosión electroquímica en. - Se produce en ausencia de electrolito - Tiene relevancia cuando el metal trabaja en temperaturas entre 100-150C - El ataque suele ser generalizado - El producto de la corrosión primario cuando el metal trabaja en la atmosfera es un oxido y no un hidróxido. - El oxido se produce sobre la superficie metálica - La circulación de electrones se produce a través de la capa de oxido una vez formada Selección de materiales metálicos resistentes a la corrosión a temperatura elevada
Las aleaciones resistentes comerciales que brindan protección al soluto pueden ser Cu-Al, FeCr, Ni-Cr, pero hay que tener presente la impurificación del oxido del metal solvente. 13. CORROSION POR SALES FUNDIDAS También es conocida como "Hot corrosión" o "corrosión catastrófica" es un proceso de degradación que se produce cuando una sal se deposita o condensa en forma de cenizas sobre un material metálico. El desarrollo de este fenómeno requiere que los materiales se encuentren a elevada temperatura, que se produzca la formación de esa sal y que ambos se pongan en contacto. Se pueden destacar algunas características:
- Al ser un proceso electroquímico que se produce a temp. elevadas, la velocidad es mucho mayor que un proceso electroquímico a temp. ambiente. - Las sales fundidas constituyen un electrolito de naturaleza iónica - La presencia de oxigeno disuelto no es condición necesaria para que tena reacción catódica. Secuencia del proceso de corrosión catastrófica
- Iniciación: Las cenizas constituidas comienzan a depositarse constituyendo una capa compacta Hay factores que controlan esta etapa: - Composición de la aleación: Es de destacar que el Cr y Al son aleantes que forman capas protectoras contra este tipo de corrosión - Temperatura: Se recomienda que esta sea baja para que la capa de cenizas no se llegue a fundir - Atmosfera gaseosa circundante: es mucho mas grave en atmosferas de So3, además la inclusión de ClH, lo hace mucho más elevada - Cantidad de sal fundida: Tiene una gran importancia, debido a las cantidades que puede fundir. - Propagación: cuando comienza realmente la corrosión catastrófica Existen dos tipos de flujos, básicos y ácidos Corrosión catastrófica en procesos industriales Turbinas de gas y cámaras de combustión
Los contaminantes mas incidentes son el Azufre, vanadio y sales minerales. El vanadio presente en turbinas de gas industrial y en cámaras de combustión Incineradores de residuos
Presentan dos tipos de corrosión: - Clorinación a elevada temperatura por cloruros volátiles - Corrosión catastrófica por cloruros fundidos (depende de variabilidad en composición química y presencia de azufre) Pilas de combustible
Presentes en las pilas que Usan como electrolito carbonatos fundidos a 650C Procedimientos para reducir el riesgo de corrosión en presencia de sales fundidas
Se menciona como alternativas usar materiales que contengan Cr2O3 y Al2O3. Recubrir materiales con elementos como Ta, W, Cr, Al, Si, Ce y La o recubrir con un material cerámico.
Es necesario que los combustibles utilizados en turbinas, contengan la menor cantidad posible de compuestos como Vanadio, Sodio y Azufre además de quemarlos con un mínimo de aire. En incineradores de residuos se sabe que la Única solución factible económicamente es utilizar un compuesto de SiC, para evitar este tipo de corrosión. II) ALEACIONES RESISTENTES A LA CORROSION Teniendo en cuenta los criterios básicos sobre los mecanismos de corrosión, se pueden establecer como patrón de elección de materiales, aquellos que sean puros, con bajos niveles de impurezas, aleaciones monofásicas o bifásicas con pequeñas diferencias de potencial entre ellas. Son recomendables las estructuras de grano fino. Además son recomendables los materiales que producen capas pasivas estables y con altas velocidades de re pasivación. Se verán 4 tipos de aleaciones grandes: a) Aleaciones resistentes a la corrosión en torno al sistema ternario Fe-Cr-Ni Concretamente Aceros inoxidables, refractarios y las superaleaciones base níquel. Antes mencionaremos la influencia de algunos elementos aleantes que también forman parte de las aleaciones a tratar: Molibdeno: Mejora las características de resistencia a la corrosión y de forma especial a la corrosión por picadura. Aumenta la resistencia a temperaturas elevadas. Niobio y titanio: Son agregados a las aleaciones 18/8 ya que son estabilizadores, reducen el efecto de precipitación de carburos de cromo disminuyendo la corrosión intergranular. El Nb es agregado entre 7 a 10 veces las del C y es proporcional a la cantidad de este. Sin embargo una excesiva cantidad de Nb producirá agrietamiento en caliente en uniones soldadas. El Ti agregado de 5 a 6 veces el contenido de C. Silicio: Empleado en aleaciones resistentes al calor y protege contra la corrosión en medios muy oxidantes. a.1) Aceros Inoxidables: Es un acero inoxidable el acero con un contenido de Cromo no menor al 12% en peso Existen 4 maneras de clasificarlo: A.I. Martensíticos, ferríticos, austeníticos y dúplex. Aceros Inoxidables Martensíticos: Contienen 12-18% Cr y 0.1 a 0.5% de C. Campo aplicación, se los encuentra en palas de turbina, válvulas de motores, pernos, tuercas, piezas mecánicas, hélices marinas, cojinetes accesorios, muelles, decoraciones, utensilios de cocina, instrumentos de medida, bolas para rodamiento y aplicaciones mecánicas en general. Poseen una alta resistencia a la corrosión de: -
Ácidos orgánicos: Ac. Acético, acido benzoico, oleico, esteárico, pícrico, pirogálico, tánico, úrico.
-
Ácidos inorgánicos: Ac. Nítrico, en concentraciones mayores al 1%, acido bórico. Soluciones salinas: Carbonatos amónico, sódico, potásico, cálcico, magnésico. Sulfatos sódicos y potásicos. Nitratos de todos los metales. Sales de ácidos orgánicos. Bases: Hidróxido sódico, potásico, cálcico, amónico Agua Productos alimenticios Resistencia de la corrosión atmosférica (no es muy buena en zonas marinas, solo es buena en zonas rurales) Aceros Inoxidables Ferríticos:
Contiene 15-30% de Cr y el C esta en proporción al Cr, puede llegar a 0.35% cuando el Cr llega a 30%. Poseen una resistencia a la corrosión media. Resiste a los siguientes productos contra la corrosión: -
Ácidos Inorgánicos: Ac Nítrico (a determinadas concentraciones), soluciones sulfoníticas. Ácidos Orgánicos: Ac. Acético, fórmico (a determinadas concentraciones), acido cítrico y tartárico. Sulfato de amonio. Productos alimenticios Corrosión atmosférica, es buena en zonas rurales y urbanas, es pobre en zonas industriales y marinas sobretodo si esta es turbulenta y contiene microorganismos. Aceros Inoxidables Austeníticos:
Son aleaciones en la que el Ni es mayoritario por encima del 8%. No son endurecidos por temple, son amagnéticos. Deben ser enfriados rápidamente desde los 1000C para que tengan mejores condiciones de resistencia a la corrosión y ductilidad. La adición de Mo lo hace mas resistente a la corrosión por picadura en medios ácidos con cloruros y a la corrosión bajo tensión. Son mejores que los ace. Inox. Martensíticos y ferríticos ante la inmersión en agua de mar, también lo hace ante ácidos inorgánicos como el acido sulfúrico, acido nítrico y presentan una resistencia a la corrosión moderada en contacto con acido clorhídrico. La adición de Mo, o aceros del tipo 20-25 Mo-Cu permiten resolver casi todos los problemas provocados por la fabricación y utilización del acido fosfórico. Resistente ante la corrosión por ácidos orgánicos. Aceros Inoxidables Dúplex Presentan una estructura bifásica compuesta por ferrita y austenita. Estos son inmunes a la corrosión intergranular debido a las cantidades muy bajas de carbono contenidas, menores al 0.015%. Son muy buenos ante la corrosión bajo tensión en presencia de cloruros. Es también resistente a la corrosión por picadura en presencia de cloruros y aniones agresivos. Pero las fases secundarias reducen de manera relevante su resistencia ante este tipo de corrosión por picadura. b) Aleaciones base cobre resistentes a la corrosión
b.1) Cobre Por su conductividad calorífica se utiliza para la construcción de serpentines de refrigeración, por su resistencia a la corrosión, en tuberías y recipientes en la industria química. Una parte de esta producción de cobre se destina a los latones (aleación con cinc) y estaños (bronces) y otros materiales. El cobre es resistente a medios como el agua de mar, aguas dulces calientes o frías, ácidos desaireados calientes o fríos y a la exposición atmosférica. Y es baja ante ácidos oxidantes como el acido nítrico y el sulfúrico concentrado y caliente, soluciones acuosas y aguas aireadas a elevada velocidad, sales oxidantes de metales pesados, acido sulfhídrico y algunos compuestos de azufre. b.2) Latones Son aleaciones de cobre con un 50% de cinc como máximo, a mayores concentraciones se comportan frágiles. El latón es menos resistente a los agentes atmosféricos que el cobre pero resiste el agua y vapor recalentado., así como también resiste ante el agua de mar. Resiste mal ante ácidos sulfúrico y clorhídrico. El fallo por corrosión en latones se produce por descinficacion. La picadura se produce por problemas de aireación diferencial o elevadas velocidades. Por ser resistentes en agua de mar, se utilizan los latones al estaño en la fabricación de maquinaria marina. b.3) Bronces Bronce es la denominación que recibe la aleación cobre con estaño, así como toda aleación del cobre con los demás metales, así existen varias denominaciones de bronces al aluminio o al níquel por ejemplo. Los bronces encuentran aplicación en: fabricación de cojinetes (debido a su cualidad de rozamiento), la fabricación de válvulas y grifos, (debido a su alta resistencia contra la corrosión), construcción de hélices de barco. c) Aleaciones ligeras resistentes a la corrosión c.1) Aluminio El comportamiento del aluminio frente a la corrosión, es determinante cuanto mas impurezas posea, ya que sus impurezas metálicas tienden a ser catódicas, a excepción del Magnesio. La aleación del aluminio es la que le da esa buena resistencia mecánica. El aluminio tiene a picarse en contacto con iones cloruro, trazas de agua que posean iones cuprosos y ferrosos. Se corroe en ácidos como álcalis. El Al resiste bien ante: NH4OH caliente o frio, acido acético, ácidos grasos calientes o fríos, acido nítrico, agua destilada exposición atmosférica (únicamente no resiste bien en ambientes marinos), azufre, atmosferas sulfurosas y gases refrigerantes fuorados. El Al tiene baja resistencia a la corrosión en ambientes con ácidos fuertes como el acido clorhídrico, bromo, acido sulfúrico, fluorhídrico, potásico, acido fórmico, oxálico, en álcalis, en
mercurio y sus sales, en agua de mar, solventes clorados, aguas que contengan metales pesados, alcoholes como el etílico, propílico, butílico. c.2) Magnesio y sus aleaciones Es útil en determinadas aplicaciones, Expuesto en agua en presencia o no de oxigeno, se pasiva. Es determinante su alta pureza, mas que en el caso del Aluminio. El Mg presenta algunos problemas típicos como el agrietamiento bajo tensión en aire húmedo, y la tendencia que tiene el Mg y sus aleaciones a corroerse cuando están acopladas galvánicamente. El Mg es resistente a la exposición atmosférica, el agua destilada, al Acido fluorhídrico, a los álcalis. El Mg no es resistente en aguas que contengan trazas de iones de metales pesados aguas de mar, ácidos inorgánicos ni orgánicos y sales acidas, al metanol, ni a gasolinas con plomo. c.3) Titanio y sus aleaciones El Ti es un elemento medianamente nuevo, es empleado mucho en aplicaciones aeroespaciales debido a sus propiedades mecánicas elevadas a altas temperaturas y su resistencia a la corrosión en ambientes marinos y en ambientes químicos agresivos. d) Materiales metálicos resistentes a la corrosión de ultima generación Citaremos dos grandes grupos: Aleaciones obtenidas por solidificación rápida. Vidrios metálicos Superaleaciones para alta temperatura Superaleaciones base Níquel: Las aleaciones base níquel, especialmente las
superaleaciones, tienen aplicaciones en industrias tan estratégicas como el automóvil, aeronáutica, aeroespacial, química y generación de energía. En la mayoría de los casos, estas aleaciones hacen valer su excelente comportamiento mecánico a elevadas temperaturas, por encima del rango de utilización de los aceros. Las superaleaciones base níquel, además, pueden alcanzar elevadas propiedades mecánicas gracias a que son tratables térmicamente y un excelente comportamiento a corrosión. Superaleaciones base Cobalto: Son más fácilmente soldables, presentan alta resistencia a la corrosión a elevadas temperaturas, es por ello su aplicación para la construcción de cámaras de combustión de turbinas.
III) ACEROS El acero es una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%), aunque a veces se agregan otros componentes para darle otras características. Ya que es básicamente hierro altamente refinado, su fabricación comienza con la reducción de hierro, produciéndose el arrabio, el cual se convierte más tarde en acero. En su forma más básica los aceros al carbono se pueden clasificar en:
ACEROS AL CARBONO
ACEROS ALEADOS
* Aceros de bajo carbono
* Aceros de baja aleación
0.03% < C ≤ 0.25%
% de aleantes es < 5%
ASTM A-36
Aceros T1
* Aceros de mediano carbono * Aceros de mediana aleación 0.25% < C ≤ 0.45%
Aceros fundidos
5% < Aleantes ≤ 10% Aceros al 5% Cr-0.5%Mo
* Aceros de alto carbono
* Aceros de alta aleación
C ≥ 0.45%
Aleantes > 10%
Aceros de herramientas
Aceros Inoxidables
Definitivamente en las construcciones soldadas, el gran tonelaje utilizado es en cuanto a los aceros al carbono, por lo que su estudio en temas corrosivos es importante. En el grupo de los aceros aleados, los aceros inoxidables son los que ocupan la mas grande utilización. Dentro del grupo de los aceros al carbono, el acero ASTM A-36, es el mas empleado en nuestro medio en construcciones ligeras como tanques, techos, estructuras metálicas en general, que no soportes altos esfuerzos o que requieran altas resistencias mecánicas como un puente por ejemplo. Pero para los demás casos, el acero ASTM A-36 cumple muy bien con las exigencias mecánicas impuestas. La composición del acero ASTM A-36 es la siguiente:
Como ya se vio en el inicio de este documento; en el cual se ha hecho un resumen de todos los procesos de corrosión existentes; vamos a detallar los procesos corrosivos mas significantes en el acero ASTM A-36, y posteriormente se tocara todo lo referente con los aceros inoxidables. Corrosión uniforme: La corrosión química o electroquímica actúa uniformemente sobre toda la superficie del metal. Corrosión galvánica: Ocurre cuando metales diferentes entran en contacto, ambos metales poseen potenciales eléctricos diferentes lo cual favorece la aparición del un metal como ánodo y otro como cátodo, a mayor diferencia de potencial el material con más activo será el ánodo (efectos superficie).
Corrosión intergranular: Se produce en los límites del metal, ocasiona pérdidas de resistencia del material. Común en aceros inoxidables. Corrosión por picadura: Se producen hoyos o agujeros por agentes químicos, se puede encontrar en la superficie del metal y se presenta como túneles pequeños y a escala microscópica. Corrosión por fatiga: Pérdida de la capacidad del metal para resistir los esfuerzos, rompe la película de óxido produciendo una mayor exposición. Corrosión por fricción: Se produce por el roce entre dos metales produciendo así un daño material de los metales. El calor de la fricción elimina el óxido. Corrosión bajo tensión: Ocurre cuando el metal es sometido a la acción de tensiones, aparece como fisuras. Corrosión-erosión: Causada por un tipo de corrosión y abrasión (causados generalmente por líquidos y gases). Corrosión atmosférica. Producida por una acción agresiva por el ambiente sobre los metales (efecto simultáneo del aire y el agua). El acero ASTM A-36 no debe ser usado en medios que exijan altos esfuerzos térmicos o que trabaje en zonas a altas temperaturas, ya que resistencia mecánica cae severamente conforme aumenta la temperatura de trabajo, por ende aquí no se producirá la corrosión por a alta temperatura. El Acero A-36 no es usado para fabricar turbinas o bombas, en donde se podría presentar el problema de corrosión cavitación, es por esta razón que en este acero no se presenta este problema. El problema de “fragilización por hidrógeno” se presenta mayoritariamente en aleaciones de
alta resistencia (aceros de baja aleación) aunque no es totalmente descartado en el acero A36. Ahora veamos un ejemplo. Se plantea la construcción de un techo metálico Material: ASTM A-36 Constituido básicamente por columnas y tijerales, además de elementos secundarios como son amarres, viguetas correas. Básicamente esta conformado por ángulos y platinas. Medio ambiente circundante: Es muy importante recordar que estará sometido a condiciones de alta humedad (Humedades superiores al 55% casi todo el año), cercanías a zonas costeras e industriales (probablemente existirá altos contenidos de CO2 y Sulfuros) El área que techará este techo metálico es de aproximadamente 2000 metros cuadrados. Casi toda la cobertura metálica esta formado por mortantes y diagonales de ángulos de este material (A-36), así como las partes curvas. Se adjunta un plano típico de tijeral para una mejor idea.
Se adjunta una foto para una mejor visualización.
En la siguiente figura se muestra ya los tijerales soldados antes de entrar al proceso de arenado.
En el proceso de arenado, se utiliza una arena que posea muy poco contenido de cloruros y así prevenir algún tipo de corrosión por picadura por medio de este agente perjudicial.
Hasta este punto, el proceso de fabricación ha sido: SELECCIÓN DE MATERIALES – ARMADO DE ESTRUCTURAS – SOLDEO DE ESTRUCTURAS – ARENADO Aun pendiente la fase de PINTADO. Se muestra algunas fotos del proceso de arenado. Durante el proceso de arenado (se puede observar la boquilla y la arena que sale a una alta presión de aproximadamente 100 PSI) El grado de acabado superficial que debe ser logrado con este tipo de arenado es un grado SP-6 (arenado comercial). El grado SP-6 es una escala que la da la SPC (The Society of Protective Coatings).
Aquí hacemos un alto porque encontramos unas discrepancias, después de que las estructuras han sido terminadas de arenar, las cuales son: -
Las irregularidades superficiales producto del soldeo (principalmente socavaciones y porosidades) son mucho más notorias e incluso hay muchas que han rebasado los límites de tolerancia aplicados a este tipo de estructura metálica (Código de soldadura AWS D1.1-2008). La explicación podría ser de que la cascarilla de acero externa de cada metal ha sido desgastada por el arenado, y ha provocado que las irregularidades sean más notorias.
-
Tenemos lugares dentro de la estructura en donde los accesos para realizar la limpieza mecánica ha sido defectuosa, se puede apreciar escoria y chisporroteos. La explicación es que hay algunos problemas de la mano de obra, que no puede eliminar el 100% de escorias, o que el color del acero hace un contraste muy mínimo con las escorias presentes y los chisporroteos que son mucho mas marcados cuando la pieza ha sido arenada.
Entonces se puede hacer la siguiente reflexión. Si tenemos discontinuidades excesivas como es el caso de tener socavaciones, se favorece la picadura ya que una socavación es una entalla en el metal base, lo que se entiende que al no estar cubierta al 100% esta picadura por un recubrimiento posterior aplicado en el proceso de pintado, simplemente generaría el comienzo de la corrosión por picadura en esos puntos.
Por ende, se RECOMIENDA SIEMPRE, hacer un repaso de pintura o recubrimiento protector en las zonas adyacentes de los cordones de soldadura, ya que estas son mucho mas propensas de contener socavaciones que en otra parte de la estructura. Si tenemos escoria en la estructura por mas pequeña que sea, esta después de estar pintada, de desprenderá por acción de fuerzas de servicio. Una vez desprendidas, empezara a corroerse ese lugar por acción del medio ambiente. La eliminación de escoria y chisporroteos (sobretodo de escoria) es fundamental, ya que propiciará el inicio de la corrosión si es desprendido después de haber sido pintado. Es fundamental que el sistema de pintura aplicado a este tipo de estructuras pueda prevenir los ambientes corrosivos que contienen CO2 (principalmente del área urbana y circulación de muchas unidades motoras) y de Sulfuros al estar cerca de un área industrial. Siguiendo estas consideraciones y un procedimiento adecuado de trabajo en el pintado se podría asegurar una adecuada protección contra la corrosión. Aún así y haciendo todos los controles necesarios, no podemos asegurar de que una estructura metálica no vaya a sufrir corrosión SI ES QUE NO SE POSEE UN BUEN DISEÑO INICIAL. Hemos encontrado muchas estructuras con este tipo de juntas.
Las zonas que no poseen soldadura, no podrán estar con un recubrimiento superficial (pintura) y estas al estar en contacto con zonas de alta humedad, y ante la presencia de agentes como cloruros (zonas marinas), CO2 y sulfuros (zonas industriales y urbanas), es que generará zonas de corrosión por aireación diferencial (corrosión filiforme). Mostramos algunos ejemplos de este tipo de corrosión:
Pero, sin embargo, en el código AWS D1.1-2008, encontramos estas figuras (como recomendaciones aceptables de cómo tienen que quedar los cordones de soldadura que posean configuraciones tal como se muestra en los esquemas)
Parece que hubiera un tipo de contradicción porque por un lado pensaríamos que todas las uniones deben ser 100% soldadas, pero el código de soldadura nos indica algo opuesto, quizás para evitar algunos efectos contraproducentes que podría generar el que una junta este soldada al 100% como generación de esfuerzos residuales mayores, posibles agrietamientos, zonas ZAC mayores, endurecimiento y pérdida de ductilidad de elementos, etc.
Aún es un tema sin resolver y podría ser un tema de estudio interesante, pero definitivamente los profesionales que aportan las ideas y experiencia para que se realicen los códigos de soldadura en este caso el AWS D1.1, han tratado de compensar los posibles problemas corrosivos que se pueden presentar con problemas metalúrgicos mas serios como son esfuerzos residuales, agrietamiento entre otros. Una aplicación muy minuciosa de pintura sobre estos lugares con algún tipo de equipo especial, debe ser lo indicado, para que no llegue a desarrollarse este tipo de corrosión por aireación diferencial. En conclusión sobre este tipo de estructura y casi para la gran mayoría de estructuras metálicas, tenemos que considerar los controles siguientes durante cada una de las siguientes etapas:
IV) ACEROS INOXIDABLES Se denominan aceros inoxidables a aquellas aleaciones que contienen un míni mo de 10.5 − 12% de cromo. Los aceros inoxidables o resistentes a la corrosión, adquieren esta propiedad a través de la formación de una capa superficial invisible y muy adherente de un óxido muy rico en cromo, llamada película de pasivación, que se forma y recompone espontáneamente en la presencia de oxígeno.
Esta capa es continua, adherente, no porosa, insoluble, y autorreconstituible en la presencia de oxígeno cuando es deteriorada. La pasividad se forma bajo un rango de condiciones dependiendo de las características del ambiente circundante, pero la presencia de oxígeno es fundamental en todos los casos. En general, la resistencia a la corrosión de un acero inoxidable es máxima cuando la superficie del acero está lo suficientemente aireada o expuesta y libre de cualquier tipo de depósitos. Los aleantes principales, sus efectos y sus rangos de composición son: -
Cr: (5 a 25%) previene la oxidación y corrosión a elevada temperatura, forma carburos y endurece por solución sólida. Mo, W: (0 a 12%) brinda resistencia a la oxidación y endurece por precipitación. Ti: (0 a 6%) forma carburos y endurece por precipitación. Nb: (0 a 5%) forma carburos y endurece por solución y precipitación. Mn: (0 a 1.6%) estabiliza la austenita y endurece por solución sólida y por carburos. Si: (0 a 2.5%) previene la oxidación y corrosión por sulfuros y endurece por solución. Ni: (Variable) el contenido de Ni puede variar en las aleaciones pero básicamente le da un incremento a la resistencia contra la corrosión además de que ayuda a la estabilización metalúrgica de los aceros inoxidables en su producción o soldeo.
Se adjunta una tabla1 en la cual se detalla las principales aleaciones y sus contenidos de elementos aleantes.
Cuando el contenido de cromo se eleva a 17 − 20%, típico de los aceros inoxidables austeníticos; o entre 26− 29% de cromo, típico de los más recientes desarrollados
superferríticos, la estabilidad de la capa de pasivación aumenta notoriamente. No obstante, el mayor contenido de cromo en el acero puede afectar adversamente las propiedades mecánicas, la fabricabilidad, la soldabilidad, etc. Por lo tanto, es más eficiente mejorar la resistencia a la corrosión agregando o incrementando el contenido de ortos aleantes en el acero con o sin ningún incremento de cromo. Los aceros inoxidables los podemos clasificar entonces como sigue:
Martensíticos: -
-
Son endurecibles por temple + revenido, para conseguir alta resistencia mecánica y buena ductilidad y tenacidad. Tensiones de rotura hasta 1900 MPa. Tienen una aceptable resistencia a la corrosión. Es indicado para aplicaciones que requieren no solo resistencia a la corrosión sino resistencia mecánica, dureza y resistencia al desgaste. Debido a los aleantes, el acero es templable desde fase austenítica (forma martensita en el enfriamiento) en aire o aceite. Con tratamientos de recocido se obtienen estructuras de ferrita y carburos esferoizados. Su temperatura límite de trabajo es de 475 °C puesto que se produce un fenómeno de fragilización por precipitación de fase alfa prima. La baja conductividad térmica de estos aceros requiere precalentar lo suficiente previo a la austenización para evitar distorsiones y fisuras de temple. Son magnéticos.
Ferríticos: -
Son magnéticos y no endurecibles por tratamiento térmico. Su micro estructura es siempre ferrítica.
-
Son de relativamente baja resistencia mecánica (YS=240 − 380 MPa, UTS=415 − 585
-
MPa) y tienen baja tenacidad y soldabilidad. Bajo costo, buena resistencia a la corrosión bajo tensión y aceptable resistencia a la corrosión general. Se los utiliza en aplicaciones arquitectónicas, automotrices, utensilios de cocina, etc.
Austeníticos: -
-
-
-
Contienen elementos como Mo, Ti, Nb, Cu, que le confieren resistencia a formas particulares de corrosión. No son magnéticos y tienen coeficiente de expansión térmica 50%mayor que el de los martensíticos y ferríticos. Su estructura es austenítica a temperatura ambiente. No son endurecibles por tratamiento térmico (formación de martensita) pero endurecen por deformación. Su soldabilidad es excelente. Son los más resistentes a la corrosión en virtud de su más alto contenido de cromo y níquel. Son resistentes a altas temperaturas (resistencia a la corrosión y resistencia al creep). Tienen una excelente ductilidad y tenacidad que los hace especialmente aptos para aplicaciones en temperaturas subcero. Tienen aproximadamente 200MPa de YS y 500MPa de UTS. En servicios a temperaturas mayores a 600 °C durante tiempos prolongados, pueden precipitar fases fragilizantes (sigma, chi). La sensibilización por encima de 400 °C genera corrosión intergranular.
Dúplex austenítico − ferrítico:
-
Presentan una micro estructura de granos de ferrita y de austenita. Tienen buena resistencia mecánica, hasta 700 MPa, (mayor que la de los ferríticos o austeníticos), excelente resistencia a la corrosión bajo tensión y muy buena ductilidad y tenacidad.
-
Muy buena resistencia a la corrosión generalizada y localizada. Presentan un límite de temperaturas de trabajo de 380 °C.
Endurecibles por precipitación de matriz martensítica, semiaustenítica o austenítica: -
-
Fueron desarrollados para proveer alta resistencia a la corrosión con alta resistencia mecánica y tenacidad. Son muy utilizados en la industria aeroespacial. Se obtienen UTS superiores a 2000 MPa. Los precipitados endurecedores son diferentes según sea el tipo de acero: pueden ser carburos, intermetálicos (Ni−Al o Ni−Ti), o Cu metálico.
Muchas veces, en las denominaciones de los aceros inoxidables hechas por la AISI (American Iron and Steel Institute), aparecen unos sub índices de L y N, los cuales significan: -
Grado L: significa que es un acero inoxidable con un nivel de carbono inferior al 0.03%.
Estos grados se utilizan, por ejemplo, cuando en un austenítico se requiere soldadura para fabricar el componente que debe resistir a la corrosión, puesto que un porcentaje mayor de carbono podría traer inconvenientes de precipitación de carburos de cromo a las altas temperaturas de soldadura, lo cual favorece la corrosión intergranular. -
Grado N: significa que es un acero inoxidable al cual se le ha incrementado su
resistencia mecánica y su resistencia a la corrosión por picado por adición de nitrógeno, que endurece por solución sólida en los grados austeníticos. El nitrógeno, además, retarda las fases fragilizantes como la fase sigma. En los grados ferríticos es tan perjudicial como el carbono. FORMAS DE CORROSION DE LOS ACEROS INOXIDABLES Las formas más comunes de corrosión que pueden sufrir los aceros inoxidables son: Corrosión por picado: Es una forma de ataque corrosivo que produce hoyos o pequeños agujeros en un metal. Esta forma de corrosión es muy destructiva para las estructuras de ingeniería si causa la perforación del metal. La picadura es a menudo difícil de detectar porque los pequeños agujeros causados por la picadura pueden cubrirse con los productos de la corrosión. Asimismo, el número y profundidad de los agujeros puede variar enormemente y por eso el daño producido por picadura puede ser difícil de evaluar. En consecuencia, la picadura, dada su naturaleza localizada, puede a menudo localizar fallos repentinos e inesperados, razón por la cual se considera a este tipo de corrosión como el más peligroso. La picadura generalmente requiere de un período de iniciación, pero una vez que comienza, los agujeros crecen a gran velocidad. La mayoría de los agujeros crecen en la dirección de la gravedad y en las superficies más bajas de los equipos de ingeniería. Lugares comunes en que se inicia el agujero son: inclusiones, heterogeneidades estructurales y heterogeneidades de composición sobre una superficie metálica. Corrosión por rendijas: Es una forma de corrosión localizada asociada con espacios confinados o rendijas formadas por ciertas configuraciones geométricas. Es también llamada corrosión por aireación diferencial. Las regiones con diferentes concentraciones de oxígeno se comportan como una cupla de corrosión. Las zonas de baja concentración se dan dentro de la rendija y actúan como ánodos donde el metal se oxida. Dentro de la rendija aumenta la concentración
de iones positivos y si hay presencia de halogenuros en el medio (Cl, por ejemplo) estos migran hacia la rendija formándose FeCl dentro de la misma. Luego por hidrólisis se genera un exceso de iones hidrógeno acelerándose notablemente la velocidad de corrosión. Corrosión intergranular (SENSITIZACIÓN): La corrosión intergranular es un ataque de corrosión localizada y/o adyacente a los límites de grano de una aleación. En condiciones ordinarias si un metal se corroe uniformemente, los límites de grano serán sólo ligeramente más reactivos que la matriz. Pero bajo otras condiciones las regiones de límites de grano pueden ser muy reactivas, dando lugar a una corrosión intergranular que cause pérdidas de resistencia en la aleación e incluso una disgregación en los límites de grano. Este es el caso de la pérdida de cromo alrededor de los límites de grano en los aceros inoxidables debido a la precipitación de carburos de cromo en temperaturas entre 400 y 800 °C. En esas zonas el material pierde resistencia a la corrosión. Ocurre como resultado de tratamientos térmicos (recocido o relevado de tensiones) incorrectos, exposición térmica en ese rango de temperaturas y por realización de soldaduras. Los carburos precipitados son del tipo M23C6 y el tiempo para el inicio de la precipitación varía con el contenido de carbono del acero. Corrosión bajo tensión: este tipo de corrosión es muy perjudicial, ya que en un lapso extremadamente corto se puede producir la falla de una pieza. La rotura por corrosión por esfuerzo (stress − corrosión cracking SCC) de metales se refiere a la rotura causada por el
efecto combinado de esfuerzos de tensión y un entorno corrosivo específico actuando sobre el metal. Durante la SCC el ataque que recibe la superficie del metal es generalmente muy pequeño mientras que las grietas aparecen perfectamente localizadas y se propagan a lo largo de la superficie del metal. Los esfuerzos que causan la SCC pueden ser residuales o aplicados. Las altas tensiones residuales capaces de provocar SCC pueden ser en consecuencia, por ejemplo, de tensiones térmicas introducidas por velocidades desiguales de enfriamiento, de un diseño mecánico defectuoso para esfuerzos, de transformaciones de fase durante el tratamiento térmico, el trabajo en frío o la soldadura. Sólo ciertas combinaciones de aleaciones y ambientes son susceptibles de SCC. Por ejemplo, los aceros inoxidables sufren deterioro en medios como cloruro de etilo con agua (a temperaturas superiores al ambiente), en agua de mar y otros medios que no contienen cantidades apreciables de cloruros, como soluciones de soda cáustica, agua que contiene ácido sulfhídrico, productos formados en las refinerías a partir de H2S, agua a temperaturas elevadas, como así también en vapor de agua. Corrosión galvánica: La corrosión galvánica ejerce una acción localizada que ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto bajo una solución que puede obrar de electrolítico. Así, los dos metales diferentes forman un par de electrodos cortocircuitados que constituyen una celda electroquímica. De ello resulta la disolución del material que se comporta como electrodo anódico (donde ocurre la oxidación), mientras que el material que se comporta como cátodo (donde ocurre la reducción) permanece inalterable. El potencial electroquímico de esa celda de corrosión variará según sea la posición ocupada por los metales y aleaciones en la serie de potenciales galvánicos. Ha de tenerse cuidado, entonces, al unir dos metales distintos, puesto que la diferencia de sus potenciales electroquímicos puede conducir a corrosión. Otra consideración importante en la corrosión galvánica de dos metales es la relación de las áreas anódica y catódica. Esta relación se denomina efecto de área. Una relación de área
desfavorable es la correspondiente a un área catódica grande y un área anódica pequeña. Cuando se aplica una cierta cantidad de corriente a un par de metales, la densidad de corriente es mucho más grande para el electrodo pequeño que para el electrodo grande. Por ello el electrodo anódico pequeño se corroerá mucho más rápido. Corrosión por contacto: Una diminuta partícula de acero al carbono o hierro, una escama de óxido, cobre u otra sustancia extraña cualquiera incrustada en el acero inoxidable pueden ser suficiente para destruir la pasividad en el punto de contacto. El ataque empieza al formarse una celda galvánica con la partícula de material extraño como ánodo. Mientras dura la acción electroquímica que disuelve lo contaminado, iones de hidrógeno se liberan haciendo que el acero inoxidable se vuelva activo en el punto de contacto. La acción de picado puede proseguir después de haber sido eliminada la partícula extraña por haberse constituido una celda activa − pasiva entre la diminuta superficie anódica atacada y la extensa área catódica circundante.
Viendo los tipos de corrosión que se presentan frecuentemente en el acero inoxidable, entonces se da a continuación las aleaciones que presentan una mejor respuesta ante este problema para cada tipo particular de corrosión presentada. Corrosión Intergranular: Uso de aceros de bajo contenido de carbono (% menor al 0.03% de Carbono), el uso de aceros con denominación “L” o el uso de aceros estabilizados con Ti o Nb como elementos aleantes. (AISI 321 contiene (Ti) o AISI 347 contiene (Nb)) El Ti y el Nb se combina con el carbono a temperaturas más altas con respecto a las temperaturas con las que el carbono se podría combinar con el cromo. Otros fabricantes de aceros inoxidables recomiendan la aleación con Columbio que posee el mismo efecto inhibidor. Para que no se produzca este tipo de corrosión es necesario que el acero posea las características ya descritas líneas arriba o por tratamiento térmico de recocido, una vez terminadas las operaciones de elaboración y de soldadura, el acero deberá ser calentado hasta una temperatura lo suficientemente alta para disolver los carburos, lo que es generalmente entre 1036 ºC y 1150 ºC, para enfriarlo luego con la rapidez suficiente para evitar que se vuelva a precipitar el carburo y utilizando para ello un chorro de aire o agua. Un tratamiento térmico localizado en la zona inmediatamente adyacente a la soldadura no da resultados satisfactorios. Para un recocido efectivo, toda la pieza deberá ser calentada y apropiadamente enfriada con rapidez. Corrosión Galvánica: Principalmente en este tipo de corrosión hay que evitar que uno de los medios progrese y se dé el proceso corrosivo. El empleo de distintos metales en una solución corrosiva no significa que la corrosión galvánica sea inevitable. Los factores que influencian la corrosión galvánica incluyen: a) Conductividad del circuito: b) Potencial entre ánodo y cátodo: c) Polarización:
d) Áreas relativas del cátodo y ánodo: Como comentario aquí, indicaremos que no se debe de colocar piezas de sujeción de aluminio para acero inoxidable. e) Relación geométrica entre superficies de distintos metales: Como comentario se menciona que el uso de acido clorhídrico para limpieza prolija de aceros inoxidables esta prohibido. Igualmente hace la recomendación el ASTM E-165 (procedimiento de inspección de soldadura por tintes penetrantes) la utilización de reveladores o penetrantes que puedan dejar rastros de cloruros que serán perjudiciales para la resistencia contra la corrosión en aceros inoxidables. La utilización de objetos ajenos al acero inoxidable para su limpieza mecánica en procesos de corte o esmerilado, como acero al carbono, aceites, grasas, óxidos, son igualmente perjudiciales para los aceros inoxidables, ya que estos dejan de alguna manera rastros de material ajeno sobre los inoxidables (este es el principal problema originado en la corrosión por contacto). Corrosión por picadura: Las soluciones ricas en cloruros son los que desarrollan el picado en el acero inox. Ya que en dichas picaduras se generan celdas galvánicas (los cloruros férricos y cloruro sódicos son mucho mas peligrosos). En el proceso de conformado o soldeo de aceros inoxidables, se le debe de dar una importancia a las imperfecciones como grietas, fisuras, poros o socavaciones ya que es allí donde se desarrolla la celda galvánica. Los aceros inoxidables austeníticos tienen especial resistencia a la corrosión por picado, esta característica se la confieren elementos como Mo, Nb, Ti, Cu y N. Especialmente el Mo es el que le da la resistencia al picado en aceros como el AISI 316 o AISI 317. Corrosión por fatiga: Casi todos los metales y aleaciones, incluso el acero austeníticos inoxidable, pueden fallar al agrietarse o quebrarse debido a la corrosión por fatiga en condiciones que impliquen esfuerzos aplicados o tensiones residuales combinadas con agentes ligeramente corrosivos. Es más fácil que el agrietamiento se produzca en soluciones calientes que en las frías. El tipo AISI 315 y el tipo AISI 317, en la condición de recocido, ofrecen mayor resistencia al ion cloruro que el tipo AISI 302 y el tipo AISI 304. Pero si están bajo tensiones fuertes, pueden fallar lo mismo en un ambiente conducente a la corrosión por fatiga. Para eliminar completamente las tensiones internas, sin perjuicio para la resistencia a la corrosión, se deberá recocer por encima de 926 ºC, con enfriamiento rápido para que los carburos permanezcan en solución. Como no es posible hacer esto con los recipientes grandes, un tratamiento de revenido a 648 º C puede ser suficiente para reducir las tensiones residuales. Este tratamiento a 648 ºC podrá ser aplicado únicamente para los tipos AISI 304 L, 316 L, 317 L, 321 y 347, y para estos metales tan sólo cuando se sepa que el nivel de la tensión en el cual puede ocurrir la corrosión sea más bajo que lo que se espera después de semejante tratamiento térmico a baja temperatura
