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Diagnóstico y análisis de fallas

Capítulo IX – Corrosión 1

Capítulo IX

Corrosión.

1. Introducción

Es conveniente clasificar la corrosión mediante la forma en que se manifiesta,

tomando como base la apariencia del metal corroído. Un listado de los tipos de

ataques conocidos, sin un orden de importancia es:

Corrosión Uniforme

Corrosión Galvánica

Corrosión en Rendija (Crevice)

Corrosión por Picado (Pitting)

Corrosión Intergranular

Empobrecimiento Selectivo (Lixiviación Selectiva)

Corrosión por Erosión

Corrosión Bajo Tensiones

Daño por Hidrógeno

Se verá a continuación, una descripción de cada uno de los tipos, en términos de

sus características, mecanismos y más medidas preventivas. Se incluyó el daño



por hidrógeno a pesar de no ser una forma de corrosión, pero es un resultado más

bien indirecto del ataque corrosivo.

2. Corrosión Uniforme.

Es la forma más común de corrosión y se caracteriza por su ocurrencia uniforme

sobre la superficie expuesta. Ejemplos de este tipo son el zinc sumergido en ácido

sulfúrico diluido y el ataque producido por la atmósfera en las láminas metálicas de

los techos. Las toneladas de metal consumidas por este tipo de corrosión son

altas, pero a pesar de esto, se puede predecir con exactitud la vida útil de una

pieza.

a) Métodos de Prevención.

Uso de materiales apropiados, incluyendo recubrimientos.

Uso de inhibidores.

Uso de protección catódica.

3. Corrosión Galvánica.

Cuando dos metales distintos se sumergen en una solución conductora existe

entre ellos una diferencia de potencial. Si estos metales están en contacto

eléctrico, esta diferencia de potencial produce un flujo de electrones entre ellos.

Si ocurre esto último, la velocidad de corrosión (ataque producido por la solución

conductora) de uno de los metales crece, y la del otro disminuye, en comparación

al comportamiento de ambos metales cuando no están en contacto eléctrico. El

metal menos resistente a la corrosión, cuya velocidad aumenta, se convierte en

ánodo con respecto al más resistente que se convierte en cátodo al cerrarse el

circuito eléctrico.

Se han medido, a temperatura constante, los potenciales entre metales expuestos

a soluciones que tienen iones metálicos de actividad unitaria en equilibrio. Se

asigna arbitrariamente al electrodo de hidrógeno el valor cero como valor de

referencia para construir la tabla de potenciales "estándar", ver tabla 2.

Cualquier par metálico sometido a las mismas condiciones que la medición,

deberá generar una diferencia de potencial igual a la diferencia algebraica de cada

metal.

En los problemas reales de corrosión, el contacto eléctrico entre metales distintos

ocurre muy rara vez en condiciones de equilibrio, y más aún entre metales puros,

por lo que la tabla de potenciales estándar pierde mucho de su utilidad. Se han



confeccionado tablas parecidas denominadas series galvánicas, que no indican el

valor de la diferencia de potencial, sino la posición relativa de los diversos

materiales en un medio especifico. Por ejemplo la International Nickel Company

desarrolló la siguiente tabla en base a un programa de experiencias en agua de

mar.(Tabla 1)

En general, la posición de los metales y aleaciones concuerda con la posición de

sus constituyentes en la tabla de potenciales estándar. La influencia de la

pasivación se nota en la distinta posición que ocupan algunas aleaciones según si

están pasivadas o activas.

Las llaves de conexión indican que en la mayoría de las aplicaciones no existe

peligro de corrosión galvánica entre los metales o aleaciones incluidos en ella,

puesto que no se ha detectado un potencial considerable.

La sola información de la serie galvánica no siempre es suficiente, pues los

efectos de polarización pueden hacer variar la velocidad de corrosión con el

tiempo de exposición. En la corrosión galvánica predomina la polarización de la

reducción (polarización catódica). Como esto depende del metal, se tiene por

ejemplo que el titanio a pesar de ser noble en agua de mar, los metales unidos a

él no se corroen rápidamente como es de esperar, porque la corrosión se retarda

debido a que el titanio se polariza rápidamente en agua de mar.

a) Efectos Ambientales.

La naturaleza y agresividad del ambiente determina en gran medida el grado de

corrosión de los dos metales. Usualmente el metal con menor resistencia a la

corrosión en un ambiente dado se convierte en el miembro del par galvánico en

ese ambiente. A veces esta situación se invierte al cambiar las condiciones

ambientales; tales casos se deben a la presencia de productos de corrosión

protectores que convierten en estables a metales activos.

La corrosión galvánica también ocurre en la atmósfera, siendo la gravedad del

ataque dependiente de la humedad presente, y principalmente del contenido de

sales, que diferencia la agresividad de una atmósfera costera con una del interior,

aún en las mismas condiciones de humedad.

b) Efectos de distancia.

La corrosión acelerada debida a efectos galvánicos es generalmente mayor cerca

de la unión de los metales, con un ataque decreciente con la distancia medida

desde la unión. Este efecto depende de la conductividad de la solución. La



corrosión galvánica se reconoce fácilmente por el ataque localizado cerca de la

unión.

c) Efectos del área.

Otro efecto importante en la corrosión galvánica es el efecto de área o la relación

entre las áreas catódica y anódica.

Si se considera que la velocidad de corrosión depende de la densidad de corriente

en el ánodo, el efecto del área es la de acelerar la corrosión al conectar un ánodo

pequeño con un cátodo grande. Es necesario recordar que una relación de áreas

desfavorable consiste en tener un cátodo grande (zona protegida) y un ánodo

pequeño (zona atacada). Mientras mayor es la densidad de corriente en el ánodo,

mayor es la velocidad de corrosión.

d) Prevención.

Se pueden usar varios procedimientos para combatir o minimizar la corrosión

galvánica, siendo a menudo útil aplicar una combinación de varios de estos

procedimientos para obtener buenos resultados; éstos son:

Seleccionar combinaciones de metales tan cerca como sea posible en la

serie galvánica.

Evitar efectos desfavorables de área de un pequeño ánodo y un gran

cátodo.

Aislar metales distintos dondequiera que sea posible. Es importante aislar

completamente.

Aplicar recubrimientos con precaución, evitando producir efectos

indeseados y mantener los recubrimientos en buen estado, particularmente

los que corresponden a zonas anódicas.

Agregar inhibidores, si es posible, para reducir la agresividad del medio.

Evitar uniones con hilo entre metales muy separados en la serie galvánica.

Los hilos son ya una forma de penetración, y además son sitios ideales

para recoger humedad. Preferir uniones soldadas o con soldadura fuerte de

buena resistencia.

Diseñar partes anódicas que sean fácilmente reemplazables o hacerlas

más gruesas para una larga vida.

Instalar un tercer metal que sea anódico a ambos metales en contacto

galvánico.



e) Aplicaciones beneficiosas.

Hay varios efectos de la corrosión galvánica que la hacen deseable, por ejemplo,

todas las baterías extraen su potencial eléctrico por una corrosión galvánica de

sus electrodos.

La protección catódica consiste en proteger una estructura haciéndola el cátodo

de una celda galvánica. El ejemplo clásico es el acero galvanizado que consiste

en un recubrimiento de zinc sobre la superficie del acero no porque sea resistente,

sino porque no lo es, y se corroe preferencialmente.



Tabla 1 Serie galvánica de algunos metales comerciales y aleaciones en agua de

mar.

Noble o catódico

Activo o anódico

Platino

Oro

Grafito

Titanio

Plata

Clorimet 3 (62 Ni, 18 Cr, 18 Mo)

Hastelloy C (62 Ni, 17 Cr, 15 Mo)

Acero inoxidable 18-8 Mo (pasivado)

Acero inoxidable 18-8 (pasivado)

Acero inoxidable al cromo 11-30%Cr (pasivo)

Inconel (pasivo) (80 Ni-13Cr-7Fe)

Níquel (pasivo)

Soldadura de plata

Monel (70 Ni-30Cu)

Cuproníqueles (60-90 Cu, 40-10Ni)

Bronces (Cu-Sn)

Cobre

Latones (Cu-Zn

Clorimet 2 (66 Ni, 32 Mo, 1 Fe)

Hastelloy (60Ni, 30 Mo, 6 Fe, 1 Mn)

Inconel (activo)

Níquel (activo)

Estaño

Plomo

Soldadura plomo-estaño

Acero inoxidable 18.8 Mo (activo)

Acero Inoxidable 18-8 (activo)

Resistencia de níquel (hierro fundido alto en níquel)

Acero inoxidable al cromo, 13% (activo)

Fierro fundido

Acero o hierro

Aluminio 2024 (4,5 Cu, 1,5 Mg, 0,6 Mn)

Cadmio

Aluminio de pureza comercial (1100)

Zinc

Magnesio y aleaciones de magnesio



4. Corrosión en Rendija.

Dentro de rendijas y otras áreas recubiertas de las superficies metálicas expuestas

a un medio corrosivo ocurre con frecuencia una intensa corrosión localizada. Este

tipo de ataque está generalmente asociado a pequeños volúmenes de solución

retenida por hendiduras, superficies con empaquetaduras, depósitos superficiales

y rendijas bajo las cabezas de pernos y remaches. Como resultado, esta forma de

corrosión es llamada corrosión de Rendija.

a) Efectos ambientales.

Efectos de depósitos que pueden producir corrosión en rendija, son arena, lodo,

productos de corrosión y otros sólidos. El depósito actúa como recubrimiento y

crea una situación estática bajo él.

El contacto entre superficies de metales y no metales puede producir corrosión en

rendija, como en el caso de una empaquetadura. Madera, plásticos, goma , vidrio,

concreto, asbesto, cera o tela son ejemplos de materiales que causan este tipo de

corrosión.

Para funcionar como un sitio de corrosión, una rendija debe ser lo suficientemente

ancha para permitir la entrada de líquido pero suficientemente pequeña para

mantener una zona estancada.

b) Mecanismo.

Hasta hace poco se creía que la corrosión en rendija resultaba simplemente de

diferencias en la concentración del ión metálico y/u oxígeno entre la rendija y sus

alrededores; por consiguiente para describir esta forma de ataque se ha usado el

término de corrosión de celda de concentración. Estudios más recientes han

mostrado que aunque existen diferencias de concentración del ión metálico y

oxígeno durante la corrosión en rendija, éstas no son sus causas básicas. Para

ilustración del mecanismo básico, considérese una sección de plancha remachada

de metal M (por ejemplo hierro o acero), sumergida en agua de mar aireada, como

se muestra en la figura 1.

Las reacciones son:

Oxidación: M = M+ + e- (1)

Reducción: O2 + 2H2O + 4e- = 40H-



O2

O2

O2

e-e-e -

e- e-

M+

M+

M+ M+

OH-

O2 O2

OH-

OH-

O2

M+

Cl-

Cl-Cl-

Na+

Na+

Na+

Na+

OH-

Figura 1.- Corrosión en rendija. Estado inicial.

Inicialmente, estas reacciones ocurren sobre toda la superficie, incluyendo el

exterior de la rendija. Después de un corto intervalo, el oxígeno dentro de la

rendija es consumido, debido a la convección restringida, de modo que la

reducción cesa en esta área. Esto por sí solo, no causa ningún cambio en el

comportamiento global del sistema, puesto que el área de la rendija es usualmente

muy pequeña comparada con el área externa, por lo tanto no varían ni la velocidad

de oxidación ni la de reducción del sistema y la velocidad de corrosión sigue, por

ende sin variaciones.

El empobrecimiento y consumo de oxígeno tiene una importancia indirecta, que se

hace más pronunciada con una exposición creciente. Después que el oxígeno es

consumido continúa la disolución del metal M como se muestra en la figura 2.

Esto tiende a producir un exceso de cargas positivas en la solución (M+) de la

rendija, que debe ser balanceado por la migración de aniones, principalmente

cloruros (Cl-). Esto resulta en un crecimiento de la concentración del cloruro

metálico dentro de la rendija, que hidroliza el agua existente de acuerdo a:

M+ Cl- + H2O = MOH + H+ Cl- (2)

La ecuación 2 muestra que en solución acuosa un cloruro metálico típico disocia

en un hidróxido insoluble y un ácido libre. Por razones aún no entendidas, tanto el



cloruro como el ión hidrógeno aceleran la velocidad de disolución de la mayoría de

los metales y aleaciones. El proceso como se puede apreciar es de carácter

cíclico siendo del tipo autocatalítico. El fluido dentro de la rendija se ha observado

que aumenta en forma notable tanto en el contenido de cloruros como de su

acidez. A medida que la corrosión se acelera dentro de la rendija, se tiene un

cuadro en que la rendija protege catódicamente la superficie externa.

Na +

O2

e-

e-

e-

e-Na +

O2M +

M +M +

M +

M +M +

M +

M + M +

M +

M +M +M +

OH-

OH-O2

OH-O2

OH-

O2

OH-

O2

OH-

O2

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-Cl-

Cl-Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-H +

H +

H +

H +

M +

Figura .2.- Corrosión en rendija. Estado posterior

c) Prevención.

Los métodos y procedimientos para combatir y minimizar la corrosión en

rendijas son los siguientes:

Usar uniones de tope soldadas en vez de remachadas o apernadas en los

equipos nuevos.

Clausurar las rendijas en las uniones traslapadas mediante soldadura

continua.

Desecar recipientes para un drenaje completo.

Inspeccionar los equipos y remover los depósitos con frecuencia.

Remover sólidos suspendidos en las corrientes lo antes que se pueda en el

proceso o diagrama de flujo.



Remover los materiales mojados empaquetados durante detenciones

prolongadas.

Proporcionar un ambiente tan uniforme como sea posible como en el caso

de relleno de fisuras de cañería.

Usar empaquetaduras "sólidas", no absorbentes, como teflón cuando sea

posible.

Soldar tubos con flanges en vez de unirlos con hilo.

5. Corrosión por picado.

Picado es una forma de ataque extremadamente localizado, que resulta en

picaduras en el metal, las cuales son normalmente de pequeño diámetro y se

pueden describir como cavidades que poseen una profundidad igual o mayor que

su diámetro superficial.

Es una de las formas de corrosión más destructivas, puesto que causa fallas en

los equipos por perforaciones con tan sólo una pequeña pérdida de peso.

a) Forma y crecimiento del picado.

Las picaduras crecen generalmente en la dirección de la gravedad, y normalmente

se requiere de un extenso periodo de servicio para que aparezcan. Este periodo

va desde unos meses hasta años, dependiendo del metal y del medio específico.

Una vez comenzado sin embargo, el pit penetra en el metal a una velocidad

siempre creciente.

b) Naturaleza autocatalítica del picado.

Un pit de corrosión es un tipo único de reacción anódica. Es un proceso

autocatalítico, es decir, los procesos de corrosión dentro del pit producen las

condiciones que son necesarias como estimulantes para continuar la actividad del

pit. Esto se ilustra esquemáticamente en la figura 3.

El metal M está siendo atacado por una solución aireada de cloruro de sodio:

dentro del pit ocurre una rápida disolución, mientras que la reducción de oxígeno

tiene lugar en las superficies adyacentes.

La disolución del metal dentro del pit produce un exceso de cargas positivas en

esta área, lo que resulta en la migración de iones cloruros para mantener la

neutralidad eléctrica. Los fenómenos siguientes son similares a los que ocurren en

la corrosión en rendija. Además debido a que la solubilidad del oxígeno es

virtualmente cero en soluciones concentradas, no hay reducción de oxígeno en el



pit. La reducción catódica en las superficies adyacentes al pit tiende a evitar la

corrosión en esta área. En cierto sentido los pits protegen catódicamente el resto

de la superficie del metal.

El mecanismo indicado ha sido extendido para explicar también la iniciación de un

pit. Supóngase una muestra metálica libre de pits, inmersa en una solución

aireada de cloruro de sodio. Si por cualquier razón la velocidad de disolución

metálica es momentáneamente mayor en un punto particular, migrarán a ese lugar

los iones cloruro, y de ese modo se iniciará el proceso indicado anteriormente.

Na +

O2

O2

O2Na +

O2

e-

e-

O2

O2

Na +

Na +

Na +

O2

O2

OH-

O2

OH-

O2

OH-

O2

OH-

O2

OH-

O2

M +

M +M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

M +

Cl-

Cl-Cl-

Cl-

Cl-

Cl-Cl-Cl-

Cl-Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-Cl-Cl-Cl-

Cl-Cl-Cl-

Cl-

H +

H +H +

H +

H +

H +

Figura 3.- Procesos autocatalíticos que ocurren en la corrosión por picado.

c) Composición de la solución.

Desde un punto de vista práctico, la mayoría de las fallas por picado son

producidas por iones cloruro y por iones que contienen cloro. Los cloruros están

presentes en variados grados en la mayoría de las aguas y de las soluciones

acuosas.

El mecanismo del picado por cloruros no está bien establecido y hay controversias

al respecto. Quizás la mejor explicación es la tendencia a formar ácidos de las

sales de cloruros. Los mayores causantes del picado son los haluros, siendo los



más importantes los cloruros, bromuros e hipocloritos. Fluoruros e ioduros poseen

una tendencia comparativamente pequeña a producir picaduras.

Los iones de metales susceptibles de oxidar con cloruros son agresivos

formadores de pits. Los haluros cúpricos, férricos y mercúricos pueden producir

picado a las aleaciones más resistentes a la corrosión, en cambio los haluros de

los iones metálicos no oxidantes, por ejemplo cloruro de sodio o calcio, producen

picado, pero con un grado de agresividad mucho menor.

Los cloruros férrico y cúprico no requieren de la presencia de oxígeno para

producir el ataque porque los cationes pueden ser reducidos de la siguiente forma:

Cu++ + 2e- = Cu (2.15)

Fe+++ + e- = Fe++ (3.3)

Como son receptores de electrones la reacción no es afectada apreciablemente

por la presencia o ausencia de oxígeno.

El picado puede ser evitado o reducido en muchos casos por la presencia de sales

de hidróxido, cromato y silicato. Sin embargo, estas sustancias tienden a acelerar

el picado cuando están presentes en pequeñas cantidades.

d) Velocidad.

El picado generalmente está asociado con condiciones estancadas. La velocidad,

o mejor, la velocidad creciente, a menudo disminuye el ataque por picado.

e) Variables metalúrgicas.

Como clase, los aceros inoxidables son más susceptibles a dañarse por picado

que cualquier otro grupo de metales o aleaciones. Como resultado, numerosos

estudios de aleaciones se han dedicado a mejorar la resistencia al picado de los

aceros inoxidables. Los resultados se indican en la tabla 2.

El acero ordinario es más resistente al picado que las aleaciones de acero

inoxidable. Por ejemplo, el picado de tubos de condensadores de acero inoxidable

expuestos en agua de mar a menudo puede aliviarse sustituyéndolo por tubos de

acero corriente, aunque la corrosión generalizada de estos últimos es mayor, se

evita la rápida perforación debida al picado.



f) Evaluación del daño por picado.

Debido a que el picado es una forma localizada de corrosión, los ensayos

convencionales de pérdida de peso carecen de validez, ya que ésta es pequeña y

no se indica la profundidad de penetración.

Las mediciones de la profundidad del pit son complicadas, por el hecho de que en

una probeta de ensayo de profundidad del pit tiene una variación estadística como

muestra la figura 4.

Nú

me

ro d

e p

its

Profundidad promedio

Probabilidad de picado

Figura 4. Relación entre la profundidad del pit y el número de pits que padecen una superficie

corroída.

Tabla 2. Efecto de los elementos aleantes sobre la resistencia al picado de los aceros inoxidables.

Elemento Efecto sobre la resistencia al picado

Cromo

Níquel

Molibdeno

Silicio

Titanio y Niobio

Azufre y Selenio

Carbono

Nitrógeno

Aumenta

Aumenta

Aumenta

Disminuye estando solo; aumenta estando junto con molibdeno

Disminuye en cloruro férrico, en otros medios no afecta.

Disminuye

Disminuye

Aumenta

Nótese que la profundidad media es una pobre forma de estimar el daño del

picado, ya que le falla es producida por el pit más profundo. A partir de la figura 4

se podría pensar que una medición del pit de máxima profundidad sería una forma

más confiable de expresar la corrosión por picado. Esto es correcto pero tales

mediciones no deben ser usadas para predecir la vida útil de un equipo, puesto

que la profundidad del pit es también función del tamaño de la muestra.



En la figura 5, se muestra la probabilidad relativa de hallar un pit de una

profundidad fija como función del área expuesta, en forma esquemática.

0 1 2 3 4 5 6

0,2

0,4

0,6

0,8

10

Área de la muestra (unidades arbitrarias)

Pr

ob

ab

ilid

ad

de

pic

ad

oa

un

ad

ista

nc

iad

ad

a

Profu

ndida

d=3D

Pro

fund

idad

=2D

Pro

fundi

dad

=D

Figura 5 Probabilidad del pit como una función del área

g) Prevención

Los métodos sugeridos para combatir la corrosión en rendija se aplican en general

también para picado.

Como guía general, se debe recordar el uso sólo de materiales que no muestren

picado en el ambiente considerado.

Una lista de resistencia decreciente se da a continuación:

Titanio

Hastelloy C, Chlorimet 3.

Hastelloy F, Durimet 20.

Acero inoxidable 316.

Acero inoxidable 304.

6. Corrosión Intergranular.

Es un ataque localizado en las zonas adyacentes a los bordes de los granos, con

relativamente poca corrosión en los granos mismos. Este tipo de ataque puede ser

producido por impurezas alojadas en los bordes de grano y por enriquecimiento o

empobrecimiento de los bordes en algún elemento de aleación.

a) Aceros inoxidables austeníticos.

La teoría casi universalmente aceptada acerca de la corrosión intergranular de

estos materiales es la de empobrecimiento de cromo en las áreas adyacentes al

borde de grano. Por lo general, se requiere más de un 10% de cromo en solución

en el hierro para hacer a un acero efectivamente inoxidable; si el cromo disuelto



disminuye la resistencia la corrosión se acerca a la de un acero corriente. Al

calentar un acero inoxidable en el rango entre 500 hasta 800ºC sucede que un tipo

de carburo (Cr23 C6), es prácticamente insoluble y precipita extrayendo cromo de

la solución. Para que precipite este carburo, el contenido de carbono debe ser

mayor que 0,02%. La precipitación ocurre con mucha facilidad en los bordes de

grano, por ende las zonas adyacentes se empobrecen en cromo. Cuando esto

ocurre se dice que el material se ha sensitizado o es susceptible de sufrir este tipo

de corrosión.

Esta situación se muestra esquemáticamente en la figura 6.

Límite de grano

Precipitado de cromo

Zona empobrecida en

cromo

Figura 6.- Representación de un limite de grano de un acero inoxidable 304 sentizado.

Existen evidencias que indican que el contenido en una zona cercana al carburo

es tan baja como 0%. Una sección transversal a través del borde de grano se

muestra esquemáticamente en la figura 7.

Metal disuelto

Grano Grano

carburo

Figura 7.- Sección transversal de un borde de grano corroido.



La resistencia a la corrosión en la zona empobrecida en cromo es muy baja, y

además la velocidad de corrosión aumenta por la relación de áreas desfavorables,

por lo que el borde de grano se disuelve muy rápidamente.

b) Deterioro de Soldadura.

Muchas de la fallas de los aceros inoxidables ocurrían asociadas a soldaduras. El

material atacado se llama zona de deterioro de la soldadura y se muestra

esquemáticamente en la figura 8.

Cordón de soldadura

Zona de deterioro

Figura 8.- Zona de deterioro de soldadura.

Para comprender este fenómeno se estudiará lo esencial en la distribución de

temperaturas producidas en la soldadura buscando una hipótesis que permita

explicar por qué la zona de deterioro es paralela al cordón y se presenta a una

cierta distancia.

En la figura 9 se muestran esquemáticamente las curvas de isotemperatura que se

producen en una lámina al ser calentada por una fuente puntual de calor que viaja

a una velocidad v.



A B C D

700ºC

900ºC

1100ºC

v

Figura 9.- Distribución de temperatura en una lámina calentada en forma puntual.

El efecto que se observa en la lámina al ser soldada es análogo a hacer viajar este

mapa de temperaturas a través de ella. Si se ubican algunas termocuplas en la

lámina en las posiciones indicadas como A, B, C, D, se puede registrar una curva

de temperatura versus tiempo para cada posición. Estas curvas se muestran en la

figura10.

2200

2000

1800

1600

1200

1400

1000

800

600

400

200

0

Curva temperatura-tiempo Localización de las termocuplas

Arco de zona

Área de zona afectadatérmicmente

Zona del cordón desoldadura

AB

CD

A

B

C

D9 sec

7 sec

Tiempo, seg.5 10 15 20 25

(A ) (B)

Figura 10. Temperaturas durante la soldadura con arco eléctrico de un acero inoxidable 304.



La figura 10 es esencialmente otra -forma de ver la figura 9. En ella se aprecia

que el punto A permanece en total, menos tiempo que el punto B en el rango de

sensitización, aunque resulta claro que el punto A también atraviesa el rango de

sensitización en el enfriamiento. En general, para este material la zona de

deterioro se hallará entre los puntos B y C.

El tiempo y la temperatura varían con el tamaño o espesor del material soldado, el

tiempo para soldar y el tipo de soldadura.

Debe enfatizarse que los aceros inoxidables sensitizados no fallan en todos los

ambientes corrosivos, porque estos aceros se usan a menudo en ambientes en

que no se requiere una resistencia total a la corrosión.

c) Control para los aceros inoxidables austeníticos.

Se recomiendan tres métodos para minimizar la corrosión intergranular de los

aceros inoxidables austeníticos:

Usar un tratamiento de solubilización a alta temperatura seguido de un

temple.

Agregar elementos que sean fuertemente formadores de carburos,

llamados estabilizadores (Nb, Ti).

Reducir el contenido de carbono a menos del 0,03%.

d) Ataque en línea de corte.

Los aceros inoxidables austeníticos estabilizados son atacados

intergranularmente, bajo ciertas condiciones debido a los mismos mecanismos

descritos anteriormente y están asociados a soldadura, pero sus principales

diferencias son:

Ocurre en una línea muy angosta en el metal base inmediatamente

adyacente al cordón de soldadura.

Ocurre sólo en los aceros estabilizados.

La historia térmica del material es diferente.

El mecanismo mediante el cual esta falla ocurre, puede comprenderse si se

estudian las reacciones y el rango de temperatura en que se producen como se

muestra en la figura 11.

Si se calienta acero inoxidable austenítico estabilizado hasta 1260 ºC, todos sus

carburos se disuelven. Si enseguida es enfriado rápidamente hasta 650 ºC no

precipitan los carburos de niobio. Si desde 650 ºC se enfría lentamente, precipitan



preferencialmente carburos de cromo. Esto es exactamente lo que sucede en una

zona muy estrecha que está ubicada muy cerca de la línea de fusión.

Temperatura (ºC)

1230

70

500

800

Sin reacción

Precipitación de carburos de cromo

Precipitación de carburos de niobio y precipitaciónde carburos de cromo

Disolución de carburos de niobio y cromo

Figura 11.- Carta esquemática que muestra reacciones de precipitación y disolución en aceros

inoxidables 304 y 347.

La solución obvia es calentar la estructura después de 1040 ºC y enfriar

lentamente desde esa temperatura.

e) Corrosión intergranular de otras aleaciones.

En general, muchas aleaciones de aluminio dependen de la precipitación de otras

fases para lograr ciertos valores en las propiedades mecánicas siendo el

ejemplo más común el Duraluminio. Algunas aleaciones con base cobre,

magnesio, tienen un mecanismo de endurecimiento semejante. Todas ellas tienen

susceptibilidad de sufrir este tipo de corrosión en algunos ambientes.

7. Empobrecimiento Selectivo.

Este fenómeno consiste en la remoción de un elemento de una solución sólida

mediante un proceso de corrosión. El ejemplo más común es la remoción de

aluminio, hierro, cobalto, cromo y otros.

a) Deszincificación: características.

El latón común tiene 30%.Zn-70%Cu y es de color amarillo. La deszincificación se

aprecia fácilmente, porque la aleación toma un color rojo que corresponde al

cobre.

La deszincificación ocurre en dos morfologías características, ambas fácilmente

observables: uniforme y localizadas. El tipo uniforme ocurre en los latones de alto



contenido de zinc y en ambientes definidamente ácidos. El tipo localizado es más

común en los de bajo contenido de zinc y en ambientes alcalinos, neutros o

ligeramente ácidos.

b) Mecanismo de deszincificación.

Se han propuesto dos teorías al respecto:

Una establece que el zinc se disuelve y deja sitios vacantes en la estructura del

latón. Esta teoría no está probada. La teoría comúnmente aceptada postula tres

etapas:

disolución del latón

el zinc permanece en solución

el cobre se redeposita.

c) Prevención de la deszincificación.

La deszincificación puede ser minimizada reduciendo la agresividad del ambiente

o por protección catódica, pero en la mayoría de los casos estos métodos son

caros, comparados con la alternativa de seleccionar un mejor material. Una

aleación desarrollada especialmente para resistir este ataque es el llamado metal

del almirantazgo, que es latón 70-30 con 1% de estaño. Otras mejoras se obtienen

agregando pequeñas cantidades de arsénico, antimonio o fósforo como

inhibidores. El metal del almirantazgo arsenicado contiene 70%.Cu-29%Zn-1%.Sn-

0. 04%.As. Aparentemente estos inhibidores se redepositan en la superficie

evitando que redeposite el cobre.

d) Grafitización.

Las fundiciones grises a veces muestran efecto de empobrecimiento selectivo. Se

forma una capa de grafito superficial que puede ser fácilmente removida, esto es

lo que se llama grafitización o corrosión grafítica.

Lo que ocurre es que hay un empobrecimiento selectivo del hierro y el producto

superficial es una red de grafito superficial, huecos y herrumbre. El grafito es

catódico respecto al hierro y se crea una celda entre ellos. El proceso en sí es

peligroso porque se pierde completamente la resistencia del material.

e) Otras aleaciones.

El empobrecimiento selectivo mediante ambientes acuosos ocurre en otras

aleaciones en condiciones apropiadas, especialmente en ácidos.



Por ejemplo, la remoción de aluminio de los bronces de aluminio en ácido

fluorhídrico, remoción de silicio de bronce silicoso y remoción de cobalto de las

aleaciones Co-W-Cr. Todos estos fenómenos han sido observados, pero son más

bien raros y en ningún caso tan bien conocidos como la deszincificacion.

A veces el empobrecimiento selectivo de un elemento en una aleación puede ser

beneficioso. Un enriquecimiento en silicio en la capa de óxido de aceros

inoxidables, ha sido relacionada con una mayor pasividad y resistencia mayor al

picado.

f) Altas temperaturas.

Se ha observado que a altas temperaturas, los aceros inoxidable expuestos a una

atmósfera de bajo oxígeno muestran una oxidación preferencial por el cromo, pero

empobreciendo la aleación. Si el ambiente se mantiene estacionario no hay

problema, pero la disminución del cromo en el acero inoxidable lo hace susceptible

al picado y otras formas más severas de corrosión en ambiente ácido acuoso.

8. Corrosión por erosión.

Este fenómeno es el incremento en la velocidad de corrosión sobre un material,

debido a un movimiento relativo entre el fluido corrosivo y la superficie de dicho

material. Por lo general, este movimiento es bastante rápido y hay involucrados

efectos de abrasión o desgaste mecánico.

La corrosión por erosión se caracteriza en su apariencia por hendiduras, zanjas,

ondulaciones, agujeros redondeados, valles, y generalmente exhiben una

configuración direccional.

La mayoría de los materiales son susceptibles a corrosión por erosión. Muchos

dependen de la formación de una capa superficial protectora para resistir la

corrosión. Se produce corrosión por erosión cuando esta capa es dañada o

gastada, permitiéndose un rápido ataque al material.

Muchos tipos de ambientes corrosivos pueden producir corrosión por erosión,

incluyendo gases soluciones acuosas, sistemas orgánicos y metales líquidos.

Especialmente agresivos son aquellos que poseen partículas sólidas en

suspensión.

a) Películas superficiales.

La naturaleza y las propiedades de las películas protectoras que se forman sobre

una aleación son muy importantes desde el punto de vista de la resistencia a la

corrosión por erosión. La habilidad de estas películas para proteger el material



dependen de la facilidad con que se forman al ser expuestas al ambiente por

primera vez, resistencia a la abrasión y su velocidad de regeneración cuando han

sido dañadas. Una película dura, densa, continua y adherente será más protectora

que la que es fácilmente gastada por abrasión, o que una frágil que se fractura

continuamente. Las características de esta película dependen muchas veces del

ambiente, y estas características a su vez determinan la resistencia a la corrosión

por erosión en ese ambiente.

b) Velocidad

La velocidad del ambiente tiene un rol importante en la corrosión por erosión; un

aumento en la velocidad del medio generalmente hace aumentar la rapidez del

ataque, en particular cuando las velocidades del medio son altas. En muchos

casos el efecto de la velocidad del medio es muy pequeño hasta que se alcanza

una velocidad crítica, a partir de la cual el ataque crece rápidamente. Estos

efectos se ilustran en la tabla 3.3.

El aumento en la velocidad puede aumentar o reducir el ataque, dependiendo de

sus efectos sobre el mecanismo de corrosión involucrado.

c) Turbulencias.

Muchas fallas de corrosión por erosión ocurren porque existen condiciones de flujo

turbulento. Turbulencia significa una mayor agitación del líquido en la superficie

del metal y un contacto más íntimo entre el ambiente y la superficie metálica.

d) Obstáculos.

Muchas fallas son directamente atribuidas a obstáculos, por ejemplo, un codo falló

justo en la zona en que el fluido era forzado a cambiar de dirección en el flujo, sin

que se afectaran otras partes de la línea. Sólidos en suspensión y burbujas en el

líquido aumentan el efecto de los obstáculos.

e) Efectos galvánicos.

Los efectos galvánicos pueden ser despreciables en condiciones estáticas, pero

pueden ser incrementados enormemente al tener un ambiente en movimiento. Se

dan casos en los cuales películas pasivas son destruidas por el efecto combinado

de la corrosión galvánica y la corrosión por erosión.



Tabla 10.3.- Corrosión de distintos metales en agua de mar moviéndose a

distintas velocidades.

Material velocidad de corrosión en mdd

velocidad del medio 1 ft/s 4 ft/s 27 ft/s

Acero al carbono 34 72 254

Fundiciones 45 - 270

Bronce silicio 1 2 343

Latón almirantazgo 2 20 170

Bronce hidráulico 4 1 339

Bronce G 7 2 280

Bronce Al (10% Al) 5 - 236

Latón aluminio 2 - 105

90-10 Cu-Ni (0,8%Fe) 5 - 99

70-30 Cu-Ni (0,05%Fe) 2 - 199

70-30 Cu-Ni (0,5%Fe) <1 <1 39

Monel 1 0 <1

Acero inoxidable 1 0 <1

Hastelloy C <1 - 3

Titanio 0 - 0

Cambios de velocidad pueden producir sorprendentes efectos galvánicos. En

agua de mar a bajas velocidades la corrosión del acero no es apreciablemente

afectada por un acoplamiento con acero inoxidable, cobre, níquel o titanio. A altas

velocidades el ataque de acero es mucho menor cuando está acoplado con acero

inoxidable y titanio que cuando lo está con cobre o níquel. Esto es atribuido a que

la polarización catódica es más efectiva en acero inoxidable y titanio a altas

velocidades.

f) Naturaleza del metal o aleación.

La composición química, dureza, historia metalúrgica y resistencia a la corrosión

de un metal puede influir en el comportamiento de estos materiales bajo

condiciones de corrosión por erosión. La composición de un material determina en

gran medida su resistencia a la corrosión. Si es un metal activo o aleación

compuesta de elementos activos, su resistencia es debida principalmente a la

habilidad para formar y mantener una capa protectora. Si es un metal más noble

posee una buena resistencia inherente a la corrosión. Un material con una mejor

resistencia inherente se espera que tenga un mejor comportamiento si todos los

demás factores son iguales.



Los metales blandos son más susceptibles a la corrosión por erosión porque ellos

están más sujetos a la abrasión mecánica. La dureza es un criterio bastante

bueno para la resistencia a la erosión mecánica, pero no es necesariamente un

buen criterio para predecir resistencia a la corrosión por erosión.

Hay muchos métodos para endurecer metales y aleaciones. Un método seguro

para producir buena resistencia a la corrosión por erosión es endurecimiento por

solución sólida, esto es, agregar otro elemento par producir una solución sólida

que sea resistente a la corrosión e inherentemente estable. El endurecimiento por

tratamiento térmico produce cambios microestructurales y heterogeneidades que

por lo general disminuyen la resistencia a la corrosión.

g) Prevención de la corrosión por erosión.

Se usan cinco métodos para eliminar o minimizar el daño debido a la corrosión por

erosión. En orden de importancia por extensión de uso son:

Diseño.

Alteración del ambiente.

Recubrimientos.

Protección catódica.

Las razones para usar mejores materiales son obvias. Este método representa la

solución económica a la mayoría de los problemas de corrosión por erosión.

El diseño representa cambios en la forma o geometría, y no selección de

materiales. Ejemplos hay varios: aumentar diámetro de cañerías, radio de

curvaturas de codos, reforzar partes débiles, etc.

La desaireación y la adición de inhibidores son métodos afectivos de alteración de

ambientes, pero en muchos casos no son lo suficientemente económicos.

También son efectivos la decantación y filtrado de partículas sólidas.

Recubrimientos aplicados de varios tipos siempre y cuando posean una buena

resistencia a la abrasión y adherencia son efectivos para combatir la corrosión por

erosión. La protección catódica ayuda a reducir el ataque, pero no ha hallado un

uso amplio en la corrosión por erosión.

h) Daño por cavitación.

Este fenómeno es una forma especial de corrosión por erosión que es causado

por la formación y colapso de burbujas de vapor en un líquido cerca de la

superficie de un metal. El daño por cavitación ocurre en las turbinas hidráulicas,



hélices de barco, impulsores de bomba y otras superficies en que se juntan flujos

de líquidos a alta velocidad y cambios de presión.

i) Corrosión por desgaste.

Igual al anterior, desgaste describe la corrosión que ocurre en las áreas de

contacto entre materiales bajo cargas sujetas a vibraciones y deslizamientos.

Aparece como pits o muescas en el metal rodeados por los productos de

corrosión, se le conoce también como oxidación por desgaste, oxidación por

abrasión y Brinell falso. Ha sido observado en componentes de motores, partes

automotrices, y en otras maquinarias. Esencialmente, el desgaste es un caso

especial de corrosión por erosión que ocurre en la atmósfera en vez de hacerlo en

un medio acuoso.

9. Corrosión bajo tensiones

Agrietamiento por corrosión bajo tensiones se refiere al causado por la presencia

simultánea de esfuerzos de tracción y un medio corrosivo específico. Durante la

corrosión bajo tensiones, la aleación virtualmente no sufre ataque sobre la

mayoría de su superficie, sin embargo, progresan a través de ellas finas grietas. El

fenómeno de agrietamiento puede tener consecuencias serias, ya que puede

ocurrir a valores del esfuerzo dentro del rango típico del diseño.

Las variables importantes que afectan a la corrosión bajo tensión y al

agrietamiento que producen son temperatura, composición de la solución,

aleación, esfuerzo y estructura metálica.

a) Morfología de grietas.

Las grietas de corrosión bajo tensión tienen la apariencia de una fractura frágil.

Aunque este tipo de corrosión no es estrictamente un proceso mecánico, es

conveniente nombrar el proceso y sus características generales con la tecnología

usada para el agrietamiento mecánico.

Se observan agrietamientos tanto intergranulares como transgranulares. Ambas

formas ocurren a menudo en la misma aleación dependiendo del ambiente y la

estructura.

El agrietamiento por lo general avanza en dirección perpendicular al esfuerzo

aplicado, salvo en casos de esfuerzos planos. Por ejemplo, la tapa hemisférica de

un estanque a presión, donde las grietas aparecen orientadas al azar.



b) Efectos del esfuerzo.

Al aumentar la magnitud del esfuerzo aplicado, disminuye el tiempo hasta que

ocurre el agrietamiento como se muestra en la figura 12 par el caso de los aceros

inoxidables.

Hay algunas conjeturas en relación al máximo esfuerzo permitido para evitar el

agrietamiento. Este esfuerzo de “no agrietamiento” depende de la temperatura,

composición de la aleación y composición del ambiente. En algunos casos se ha

observado que este valor es tan bajo como el 10% del esfuerzo de fluencia. En

otros casos el agrietamiento no ocurre bajo un valor del 70% del esfuerzo de

fluencia.

c) Tiempo de Agrietamiento.

El parámetro del tiempo en el agrietamiento por corrosión bajo tensión es

importante, ya que el principal daño físico ocurre durante las últimas etapas. A

medida que la grieta penetra en el material, el área transversal se reduce y la falla

final de agrietamiento es un resultado totalmente mecánico.

10

20

30

40

50

60

70

80

0,1 0,5 1 5 10 50 100 500 1000

304 304-L

305 310 314

Fractura tiempo, hora

Ten

sió

na

pli

cad

a1

000

psi

Resistencia relativa a la

corrosión bajo esfuerzode acero inoxidable

comercial309316347

347-L

Figura 12.- Aceros inoxidables en solución de cloruro de magnesio al 42% en ebullición.

d) Factores Ambientales.

Hasta ahora no parece haber una característica general que identifique a los

ambientes que producen agrietamiento por corrosión bajo tensión en las

aleaciones. Son bien conocidos ejemplos de estas fallas en varios medios



acuosos, pero también puede ocurrir en metales líquidos, sales fundidas y líquidos

orgánicos no acuosos.

La tabla 4 da una lista de algunos sistemas ambiente-aleación en los que ocurre

agrietamiento.

Como en la mayoría de las reacciones químicas, el agrietamiento por corrosión

bajo tensión es acelerado a medida que crece la temperatura.

El estado físico del ambiente también es importante. Las aleaciones expuestas a

ambientes acuosos monofásicos son a veces atacadas menos severamente a la

misma temperatura y esfuerzo que cuando son expuestas a condiciones mojada y

seca alternada.

e) Factores metalúrgicos.

La susceptibilidad a agrietamiento por corrosión bajo tensión es afectada por la

composición química promedio, orientación preferencial de los granos,

composición y distribución de los precipitados, interacciones entre dislocaciones y

progreso de la transformación de fase. Estos factores interactúan a su vez con la

composición ambiental y el esfuerzo para afectar el tiempo de agrietamiento, pero

es una consideración secundaria.

f) Mecanismo.

Aunque la corrosión bajo tensión representa uno de los más importantes

problemas de la corrosión, su mecanismo no se comprende bien. Se cree que hay

interacciones complejas entre las propiedades del metal, interfase y ambiente; se

cree además que es poco probable que se halle un mecanismo único aplicable a

todos los sistemas metal-ambiente.

La corrosión juega un rol importante en la iniciación de una grieta; un pit, una raya

u otra discontinuidad superficial actúan como concentradores de esfuerzos.

Una vez que ha partido una grieta, en su punta el valor del esfuerzo es alto. Se ha

observado por emisión acústica que la grieta se propaga en pasos discretos.

En la punta de la grieta puede ocurrir deformación plástica debida a los altos

valores del esfuerzo. Esto puede precipitar ciertas transformaciones de fases (si

la aleación es metaestable), dando origen a un cuadro nuevo en esta zona.



g) Métodos de prevención.

Debido a que los mecanismos no son comprendidos totalmente, los métodos de

prevención de este ataque son generales o descubiertos empíricamente. Estos

métodos son;

Disminuir el esfuerzo.

Eliminación de las especies críticas del ambiente.

Cambiar la aleación.

Aplicar protección catódica.

Agregar inhibidores.

10 Daño por hidrógeno.

Es un término general que se refiere al daño mecánico de un metal causado por la

presencia de, o por la interacción por hidrógeno.

El daño por hidrógeno puede clasificarse en cuatro tipos distintos:

Formación de ampollas por hidrógeno.

Fragilización por hidrógeno.

Descarburización.

Ataque por hidrógeno.

El ampollamiento resulta por la penetración del hidrógeno en el metal. El resultado

es una deformación localizada, y en casos extremos, la destrucción total de la

zona afectada.

La fragilización por hidrógeno también es causada por la penetración del

hidrógeno dentro del metal, lo que resulta en pérdida de ductilidad y de resistencia

a la tracción.

Descarburización, o la remoción del carbono desde el acero, es a menudo

producido por hidrógeno húmedo a altas temperaturas, y resulta en una

disminución de la resistencia a la tracción.

El ataque por hidrógeno se refiere a la interacción entre el hidrógeno y un

componente de la aleación a alta temperatura. Un ejemplo típico es la

desintegración de cobre que contiene oxígeno en presencia de hidrógeno, por la

formación interna de burbujas de agua.



Tabla 4.- Medios que pueden causar corrosión bajo tensión de metales y

aleaciones.

Material Ambientes

Aleaciones de aluminio Soluciones de NaCl – peróxido de hidrógeno.

Soluciones de NaCl

Agua de mar.

Aire, vapor de agua.

Aleaciones de cobre Vapores y soluciones de amoníaco.

Aminas.

Agua, vapor de agua.

Aleaciones de oro Soluciones de cloruro férrico.

Soluciones de ácido acético-sal

Inconel Solución de soda cáustica

Plomo Solución de acetato de plomo.

Aleaciones de magnesio Soluciones de NaCl-cromato de potasio.

Atmósferas rurales y costeras.

Agua destilada

Monel Soda cáustica fundida.

Hf.

Níquel Soda cáustica fundida.

Acero corriente Soluciones de NaOH.

Soluciones de NaOH-Na2SiO2.

Soluciones de nitrato de sodio, calcio y amonio.

Mezcla de ácidos (sulfúrico y nítrico)

Soluciones HCN

Soluciones H2S

Agua de mar.

Aleaciones Na-Pb fundidas.

Acero inoxidable Soluciones ácidas de cloruros (de magnesio y de bario).

Soluciones de NaCl – H202

Agua de mar.

Aleaciones Na-Pb fundidas.

Acero inoxidable Soluciones ácidas de cloruros (de magnesio y de bario).

Soluciones de NaCl-H202

Agua de mar.

Soluciones de H2S.

Soluciones de NaOH-H2S

Vapores condensados de agua con cloruros.

Aleaciones de titanio Ácido nítrico humeante.

Agua de mar.

N204.

Metanol –HC1

Capítulo IX - USACH · Diagnóstico y análisis de fallas Capítulo IX – Corrosión 1 Capítulo...

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