Corrosión Inox - Cap02

Corrosión de los Aceros Inoxidables Capítulo 2: Resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables

27

Capítulo 2 RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES 2.1 Mecanismo de la protección contra la corrosión El mecanismo de protección contra la corrosión que presentan los aceros inoxidables es muy diferente al de los aceros ordinarios y de muchas otras aleaciones de ingeniería. A bajas temperaturas el acero inoxidable forma, en contacto con la atmósfera, una película muy fina, continua, no porosa e insoluble de óxido hidratado que recibe el nombre de película o capa pasiva. Esta película constituye una barrera efectiva contra la migración de iones agresivos desde la atmósfera hacia el substrato metálico. La pasividad existe bajo ciertas condiciones, que dependen del medio en contacto con el material, de la temperatura y de la composición química de la aleación. La formación de la película pasiva es espontánea y puede regenerarse cuando sufre rotura local. Cuando el acero inoxidable está "pasivado" exhibe muy bajos niveles de corrosión, pero al perder esta condición puede corroerse tan severamente como lo haría un acero ordinario o de mediana aleación. Un factor esencial para la formación y estabilidad de la capa pasiva es la presencia de oxígeno en el medio. La resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables es muy elevada cuando toda su superficie está expuesta a un medio conteniendo oxígeno disuelto, pues este elemento es el principal formador de la capa de óxido hidratado que dará el carácter pasivo a estas aleaciones. Si hay ausencia de oxígeno o la concentración de la misma es muy baja, la formación de la película pasiva no es posible y el material pierde sus propiedades "inoxidables". Por ello, la presencia de cualquier tipo de depósito (polvo, escamas de óxido, pintura, etc.) reduce significativamente la estabilidad de la capa protectora y pone en alto riesgo la resistencia a la corrosión de estos materiales. 2.2 Formas de corrosión en los aceros inoxidables Los aceros inoxidables pueden sufrir diversas formas de corrosión siendo las más peligrosas las que se producen de manera local. En general los diferentes tipos de corrosión que pueden presentarse en estas aleaciones son las siguientes:

- Corrosión generalizada. - Corrosión galvánica (bimetálica). - Corrosión por picaduras.

Instituto de Corrosión y Protección (ICP-PUCP) 28

- Corrosión debida a resquicios. - Corrosión intergranular. - Corrosión bajo tensión. - Corrosión fatiga. - Corrosión erosión. - Oxidación a temperaturas elevadas.

Figura 2.1.- Representación esquemática de los diferentes mecanismos de corrosión que pueden presentarse en los aceros inoxidables.

2.3 Influencia de los elementos de aleación sobre la resistencia a la corrosión Cromo Este elemento incrementa la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables debido a que permite la formación de una película pasiva muy estable cuando estos materiales son expuestos al aire o a soluciones acuosas. Molibdeno Incrementa la resistencia a la corrosión localizada (corrosión por picaduras y por resquicios). El molibdeno favorece de manera significativa la estabilidad de la capa pasiva especialmente en presencia de iones agresivos como cloruros que pueden romper localmente esta película protectora. Sin embargo, su presencia en el acero no puede ser incrementada de manera progresiva pues el molibdeno favorece también la presencia, en estos materiales, de fases secundarias perjudiciales como la fase sigma. Nitrógeno Este elemento de aleación incrementa la resistencia a la corrosión localizada de los aceros inoxidables austeníticos y dúplex. Su efecto se incrementa notablemente cuando el molibdeno también está presente en el acero.

Corrosión generalizada

Corrosión intergranular Picadura Corrosión bajo tensión

(Transgranular) (Intergranular)


29

Níquel No tiene un efecto notable sobre la resistencia a la corrosión localizada. Sin embargo, estabiliza la estructura de tipo austenítico y mejora la resistencia a la corrosión generalizada en la mayoría de los ambientes libres de azufre. Cobre Favorece la estabilidad de la capa pasiva en ambientes no oxidantes, tales como soluciones ácidas reductoras. Tungsteno Al igual que el molibdeno al tungsteno mejora la resistencia a la corrosión localizada de los aceros inoxidables. 2.4 Corrosión generalizada en ambientes químicos El estudio de la resistencia a la corrosión generalizada en los aceros inoxidables no es materia importante de este documento, pues son los mecanismos de corrosión localizada los que más problemas traen en la operación de equipos fabricados con estas aleaciones. Sin embargo, a manera de referencia se indican de manera muy general cual es el comportamiento de los aceros inoxidables en algunos ambientes químicos de mayor importancia. 2.4.1 Corrosión en medios ácidos La resistencia a la corrosión en medios ácidos depende de la naturaleza del medio agresivo (concentración, capacidad oxidante) y del tipo de acero inoxidable. Sin embargo, se puede establecer ciertas reglas atendiendo a la composición química de la aleación. Por ejemplo, los aceros inoxidables austeníticos conteniendo Ni y Cu son muy resistentes al ácido sulfúrico (H2SO4) comparados con los aceros inoxidables ferríticos. Las aleaciones con elevado contenido de Cr serán más resistentes a: Ácido nítrico El ácido nítrico (HNO3) es un agente fuertemente oxidante y favorece la formación de la capa pasiva en los aceros inoxidables. Los aceros inoxidables austeníticos convencionales (AISI 304, AISI 316) exhiben una muy buena resistencia a la corrosión en este ácido en todo el rango de concentraciones (de 0 a 65%) hasta la temperatura de ebullición (Figura 2.2). Cuando las condiciones son mucho más agresivas es necesario recurrir a aleaciones con un mayor contenido de Cr. Normalmente los aceros inoxidables con un %Cr > 18, exhiben un comportamiento pasivo en contacto con ácido nítrico sobre un amplio rango de concentraciones y temperaturas. La Figura 2.3 muestra el comportamiento de aceros inoxidables ferríticos y austeníticos convencionales frente a este ácido.


1. Pérdida de peso: 0,1g/m2-h 2. Pérdida de peso: 0,3g/m2-h 3. Punto de ebullición.

Figura 2.2.- Curvas de isocorrosión para el acero inoxidable AISI 316 en HN03.

Figura 2.3.- Velocidades de corrosión de varios aceros inoxidables en soluciones de ácido nítrico en ebullición 1.

12%Cr

18%Cr 17%Cr


31

Ácido sulfúrico Los aceros inoxidables en contacto con H2SO4 se comportan en condiciones muy cercanas a las del metal en estado activo (corrosión). Los aceros inoxidables ferríticos (AISI 430) tienen un uso limitado en estos medios. Los aceros inoxidables austeníticos convencionales exhiben una resistencia a la corrosión aceptable cuando están expuestos a soluciones de baja y alta concentración de H2SO4, como puede apreciarse en la Figura 2.4.

1. Pérdida de peso: 0,1g/m2-h 3. Pérdida de peso: 1,0g/m2-h 5. Pérdida de peso: 10g/m2-h

2. Pérdida de peso: 0,3g/m2-h 4. Pérdida de peso: 3,0g/m2-h 6. Punto de ebullición.

(a) (b)

Figura 2.4.- Curvas de isocorrosión en H2SO4 para los aceros inoxidables (a) AISI 316 y (b) un acero inoxidable aleado con Ni y Cu (WN° 1.4586).

Para mejorar la resistencia a la corrosión en H2SO4 se adiciona a los aceros inoxidables austeníticos altos contenidos de Ni, Mo y Cu. La Figura 2.4 permite apreciar las diferencias en comportamiento frente a la corrosión en este medio para un acero inoxidable convencional (Figura 2.4a) y un acero aleado con Ni y Cu, especial para esta aplicación (Figura 2.4b). Aceros inoxidables super-austeníticos - como 904L, 254 SMo, 4565 - son muy resistentes a la corrosión en este medio, como se deduce del gráfico mostrado en la Figura 2.6. De todos ellos destaca la aleación 904L, la cual por su elevado contenido de Ni, Mo y Cu presenta una elevada resistencia a H2SO4 en todo el rango de composiciones para temperaturas de hasta 30ºC.


Figura 2.5.- Velocidades de corrosión de varios aceros inoxidables en diferentes concentraciones de H2SO4 a 20ºC 2.

Figura 2.6.- Curvas de isocorrosión (0.1 mm/año) de diferentes aceros inoxidables austeníticos de alta resistencia en H2SO4 a diferentes concentraciones y temperaturas3.

(24%Cr, 17%Ni, 4.5%Mo)

316L

(20%Cr,18%Ni, 6%Mo)

316L

(20%Cr, 25%Ni, 4%Mo, 1.5%Cu)


33

Otra forma de mejorar la resistencia de las aleaciones en ácido sulfúrico es incorporar agentes oxidantes en el medio. Ello incrementa el potencial electroquímico y promueve la pasivación de su superficie. Esto se puede lograr con adiciones de ácido nítrico o de iones cúpricos a la solución de H2SO4. La protección anódica es otro método de incrementar la protección de los aceros inoxidables en estas soluciones; se ha aplicado en aleaciones como el AISI 316L expuestos a soluciones concentradas de ácido sulfúrico y a temperaturas de hasta 110ºC. En el caso de los aceros inoxidables dúplex, aleaciones como el 2205 y el súper dúplex 2507 presentan una mejor resistencia en soluciones diluidas de H2SO4 de hasta 10% que aceros inoxidables austeníticos con mayores concentraciones de Ni, como el 904L y el 254SMO, como se observa en la Figura 2.7. Sin embargo, debido a su menor %Ni, los aceros inoxidables dúplex no pueden soportar condiciones más reductoras que se presentan con mayores concentraciones del ácido.

Figura 2.7.- Curvas de isocorrosión (0,1 mm/año) de diferentes aceros inoxidables de alta resistencia en H2SO4 no aereado a diferentes concentraciones y temperaturas4.

Ácido clorhídrico Los aceros inoxidables no son empleados para uso en servicio en contacto con HCl, excepto para soluciones muy diluidas a temperatura ambiente. En este medio los aceros inoxidables son susceptibles a la corrosión generalizada, corrosión por picaduras y corrosión bajo tensión (CBT).


Figura 2.8.- Curvas de isocorrosión (0,1 mm/año) de diferentes aceros inoxidables austeníticos de alta resistencia en HCl a diferentes concentraciones y temperaturas.

Aún cuando los aceros inoxidables no son recomendados para su exposición en HCl, es posible emplearlos en soluciones bastante diluidas, especialmente los grados con alto %Mo como se deduce de la Figura 2.8. En estas condiciones los aceros inoxidables dúplex, exhiben en general una menor resistencia en estos medios. Ácido fosfórico Los aceros inoxidables austeníticos exhiben un buen comportamiento frente a la corrosión en contacto con soluciones de H3P04 sobre todo el rango de concentraciones hasta temperaturas cercanas a 65°C y hasta la temperatura de ebullición si la concentración de las soluciones es inferior a 40% (Figuras 2.9 y 2.10).

1. Pérdida de peso: 0,1g/m2-h 2. Pérdida de peso: 0,3g/m2-h 3. Pérdida de peso: 1,0g/m2-h 4. Pérdida de peso: 3,0g/m2-h 5. Punto de ebullición.

Figura 2.9. Curvas de isocorrosión para el acero inoxidable AISI 316 en H3PO4.

(7.3%Mo)

(6%Mo)

(4.5%Mo)


35

Figura 2.10.- Velocidades de corrosión de diferentes aceros inoxidables en soluciones de

H3PO4 a temperatura de ebullición.


2.5. Referencias bibliográficas 1 John Sedriks. Corrosion of Stainless Steels. Wiley Interscience Publication. 2da Edición, 1996, p. 381. 2 John Sedriks. Corrosion of Stainless Steels. Wiley Interscience Publication. 2da Edición, 1996, p. 368. 3 Outokumpu. High Performance Austenitic Stainless Steel. Outokumpu Stainless AB. p.3. 4 IMOA. Practical Guidelines for the fabrication of duplex stainless steels. International

Molibdenum Association. 2001, p.11.

Documents

Corrosión Inox - Cap02