corrocion bajo tension mrgm civil

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CORROSION BAJO TENSION D.Sc. Manuel Guerreros Meza

Huancayo junio 2013 Perú

07/11/2013 1 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

C O R R O S I O N

S e g ú n

e l m e d i o

S e g ú n

l a f o r m a

C o r r o s i ó n q u í m i c a

C o r r o s i ó n e l e c t r o q u í m i c a

C o r r o s i ó n u n i f o r m e

C o r r o s i ó n

l o c a l i z a d a

C o r r o s i ó n e n p l a c a s

C o r r o s i ó n p o r p i c a d o

C o r r o s i ó n e n r e n d i j a s

C o r r o s i ó n i n t e r g r a n u l a r

C o r r o s i ó n f i s u r a n t e

CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CORROSIÓN

07/11/2013 2 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

CORROSIÓN BAJO

TENSIONES

• Es un fenómeno sinérgico entre la acción química del

medio corrosivo y las acciones mecánicas sobre una

determinada pieza. Como resultado, materiales que

normalmente son resistentes a la acción del medio y

diseñados con suficiente margen para resistir la

solicitación, se rompen frágilmente cuando ambos

ingredientes se presentan en forma simultánea. También

provoca fallas catastróficas por lo sorpresivo de su

aparición y porque al fragilizar el material éste se rompe

relajando tensiones bruscamente, lo que da lugar a

explosiones de componentes presurizados, caída de

estructuras, etc.

07/11/2013 3 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

Corrosión bajo Tensión

Acción conjunta de

esfuerzos mecánicos y un medio agresivo

esfuerzos

mecánicos medio agresivo

Requisitos para la CBT

•Un material susceptible a este mecanismo de daño.

•Un medio corrosivo específico.

•Un nivel de esfuerzos mecánicos (de tracción)

Corrosión bajo Tensión

La soldadura

provoca

esfuerzos

internos en el material

Que pueden promover la CBT

Esfuerzos mecánicos

La soldadura genera tensiones residuales en el material como

consecuencias del ciclo térmico

Esfuerzos

longitudinales

Esfuerzos

transversales

CORROSIÓN EN RENDIJAS DE LAS JUNTAS DE

SOLAPAS DE UN FUSELAJE DE AVIÓN.

FALLA EN BOEING 737 EN VUELO (1988)

07/11/2013 8 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

Características de la CBT

•Rotura frágil

•Propagación de la fisura puede ser intergranular, transgranular o ambas de un modo mixto

Medios que provocan CBT en los inoxidables:

- ambientes conteniendo cloruros (>0,5 ppm Cl-) - ambientes causticos (T> 60°C)

- ambientes conteniendo H2S (inox. martensíticos, ferríticos)

- ambientes conteniendo ácidos politiónicos cuando el material está sensibilizado

Como prevenir la corrosión bajo tensión

•Modificar o eliminar cualquiera de los tres factores determinantes: material, medio o el nivel de esfuerzos aplicados. •Adecuado diseño para reducir los concentradores geométricos de esfuerzos en las zonas mas críticas de un componente •Empleo de determinados tratamientos

superficiales como el granallado

”shootpeening” o arenado para producir tensiones residuales de compresión

corrosión bajo tensión

Temperatura (°C)

P.E.

Condiciones de CBT CBT CBT P CBT

Temperatura y P, 80 P CBT concentración de Cl- P CBT

que pueden

provocar CBT en 60 CBT P aceros inoxidables P

austeníticos. NC = no

hay corrosión, P= P 40 NC P picadura, CBT=

corrosión bajo tensión.

20 NC NC

102 103 104 105

Concentración de cloruros (ppm)

Como prevenir la corrosion bajo tensión

Eliminación de tensiones internas de

tracción (deformación en frío,

soldadura, tratamientos térmicos, etc.)

mediante tratamientos de alivio de

tensiones, que pueden ser de origen

térmico o empleando vibración por

ultrasonido. Es importante tener en cuenta que un

alivio de tensiones térmico puede provocar en los aceros inoxidables sensibilización a la corrosión intergranulatr

Como prevenir la corrosión bajo tensión

Reducción de la agresividad del medio mediante:

1.control del nivel de oxigeno disuelto

2. remoción de especies nocivas como los cloruros

3. control de la temperatura de operación.

Como prevenir la corrosión bajo tensión

•Seleccionar un material mas resistente o inmune a la CBT en las condiciones de servicio.

Ejemplo: aceros inoxidables ferríticos o

aceros inoxidables duplex en reemplazo de

los aceros inoxidables austeníticos para

mejorar el comportamiento del sistema a

la CBT en presencia de iones Cl- .

Como prevenir la corrosion bajo tensión

•La protección catódica es otra

alternativa que permite detener la CBT,

pero ella puede incrementar a su vez el

riesgo de daño debido a fragilidad por

hidrógeno en algunas aleaciones

•El empleo de inhibidores como: nitratos, fosfatos, sulfitos, carbonatos, iodatos, etc son efectivos para reducir la CBT en medios conteniendo cloruros.

CORROSIÓN BAJO TENSIONES DE ACERO

MARTENSÍTICO CON CORDÓN DE SOLDADURA

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CORROSIÓN FATIGA EN ESTABILIZADOR DE

COLUMNA DE PERFORACIÓN

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CORROSIÓN FATIGA EN FILETE DE ROSCA

07/11/2013 19 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

EROSIÓN-CORROSIÓN EN IMPULSOR DE

BOMBA DE ACERO INOXIDABLE

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EROSIÓN-CORROSIÓN EN TUBO DE LATÓN

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ASPECTO SUPERFICIAL DE AISI 304 QUE HA SUFRIDO

CORROSIÓN INTERGRANULAR

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DESARREGLO ATÓMICO EN BORDES DE GRANO

07/11/2013 23 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

S en Fe

P en Acero

Sb en Fe

Sn en Fe

Bi en Cu

K en W

Cantidad d

e s

olu

to (

Inte

nsid

ad A

ES

norm

aliz

ada)

Distancia desde el límite de grano (nm)

SEGREGACIÓN PREFERENCIAL EN BORDES DE GRANO

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CONJUNCIÓN SINÉRGICA QUE DA LUGAR A

CORROSIÓN BAJO TENSIÓN (CBT)

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DUCTILIDAD DE UN ALAMBRE DE LATÓN TRACCIONADO AL

AIRE (A:ROTURA MECÁNICA) Y EN NaNO2 (B:CBT)

A B

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CBT POR TENSIONES EXTERNAS APLICADAS:

FRAGILIZACIÓN CÁUSTICA EN CALDERAS

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CBT POR TENSIONES RESIDUALES INTERNAS:

“SEASON” CRACKING EN CARTUCHOS DE α-LATÒN

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CORROSIÓN BAJO TENSIÓN:

FACTORES MECÁNICOS

Fact. int. tensiones (K)

Vel

. p

rop

. fi

s. /

log(d

a/d

t)

K K K I,C I,ap. I,SCC

I

II

III

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CORROSIÓN BAJO TENSIÓN:

FACTORES ELECTROQUÍMICOS

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CORROSIÓN BAJO TENSIÓN:

INFLUENCIA DE ALEANTES

0 20 40 60 80

1

10

100

1000

NO

CBT

CBT

TIEMPO MINIMO

DE RUPTURA

TIE

MP

O D

E F

RA

CT

UR

A, H

OR

AS

NIQUEL, %

Aceros inoxidables Fe-18Cr en solución saturada de MgCl2 a ebullición

(Curva de Copson)

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20 40 60 80 100 120 140

Temperatura / C

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07V

p /

m/sAISI 304 en cloruros

CORROSIÓN BAJO TENSIÓN:

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

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Ensayos de corrosión bajo tensión

Ensayos con carga

constante y bajo

deformación constante

'Sencillos de realizar 'Permiten

ensayos múltiples

'Pueden ser ensayos de duración prolongada

Ensayos de corrosión bajo tensión

Ensayos con

velocidad de deformación constante

Con estos ensayos se puede estudiar el comportamiento a la CBT empleando un período de ensayo mas corto que los del ensayo a carga o deformación constante

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Cortado de las muestras

Lijado de muestras

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Visión en el microscopio

Captura de la imagen

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Imagen muestra 1

Imagen muestra 2

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SUPERFICIES DE FRACTURA PRODUCIDAS POR CBT:

A: INTERGRANULAR - B: TRANSGRANULAR

A B

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SUPERFICIES DE FRACTURA PRODUCIDAS POR CBT:

PASAJE DE INTERGRANULAR A TRANSGRANULAR

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FORMAS DE EVITAR CORROSIÓN BAJO TENSIÓN

Reducir tensiones mecánicas, residuales o de servicio

Modificar la textura del material

Modificaciones superficiales (decarburizado de aceros, shot peening)

Modificar las aleaciones a usar

Reducir aniones agresivos

Agregar inhibidores

Uso de recubrimientos

Protección catódica

Cuidar el diseño

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O Esta una foto debajo del puente amazonas y podemos

observar corrosión bajo tensión y bacteriana ya que

ahí abajito no mas esta las aguas del rio sullca.

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07/11/2013 88 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

07/11/2013 89 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

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CONCLUSIONES

• La corrosion bajo tensión ocurre cuando el

metal es sometido simultáneamente a un

medio corrosivo y a tensión mecánica de

tracción. Aparecen fisuras que se propagan

al interior del metal hasta que se relajan o el

metal se fractura. La velocidad de

propagación puede variar entre 1 y 10

mm/h.

07/11/2013 91 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

MUCHAS GRACIAS

07/11/2013 92 D.Sc. Manuel Guerreros Meza

BIBLIOGRAFÍA:

- M. D. Fontana and N. D. Green, Corrosion Engineering,

McGraw-Hill Book Company, N. Y. (3rd. ed. 1986).

- M. Shreir, Corrosion, Newnes-Butterworths, London, (2nd. Ed.

1976).

- J. R. Galvele y G. S. Duffó, apuntes de “Degradación de

Materiales-I (Corrosión)”, Inst. Sabato (CNEA-UNSAM) (2004).

- R. Haddad, “Principios de Corrosión”, PMM/A-122 (1992).

- M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous

Solutions, Pergamon Press, Oxford (1976).

07/11/2013 93 D.Sc. Manuel Guerreros Meza