Grietas por corrosión bajo tensión

Definición de agrietamiento por corrosión bajo tensión

El papel del agrietamiento por corrosión bajo tensión en la ingeniería de materiales

En el campo de la ingeniería de materiales, comprender la corrosión bajo tensión es vital. Desempeña un papel importante en la determinación de la vida útil y la fiabilidad de diferentes estructuras fabricadas. Cuando se produce la SCC, puede comprometer la integridad de la infraestructura, provocando fallos que pueden tener graves implicaciones, especialmente en lo que se refiere a la seguridad.

Causas de la corrosión bajo tensión

• Entorno químico: La presencia de determinadas sustancias corrosivas puede provocar la corrosión bajo tensión. Éstas pueden incluir iones cloruro, iones sulfuro y sulfuro de hidrógeno, entre otras.
• Susceptibilidad del material: Ciertos materiales son más propensos a la CSC. Entre ellos se encuentran generalmente las aleaciones de alta resistencia.
• Tensión: Tanto la tensión residual como la aplicada pueden provocar CSC. Puede tratarse de tensiones de tracción, flexión o torsión.

Factores que influyen en la corrosión bajo tensión

Varios factores influyen en la tendencia de un material a sufrir corrosión bajo tensión:

La interacción de los factores

Es importante señalar que la interacción de estos diversos factores determina la susceptibilidad de un material al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Un material puede ser resistente a la corrosión bajo tensión en unas condiciones ambientales determinadas, pero puede volverse propenso a ella cuando cambian las circunstancias.

Una mirada más de cerca al mecanismo de agrietamiento por corrosión bajo tensión

Profundicemos un poco más para comprender el mecanismo que subyace al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Examinando el procedimiento que hay detrás de la SCC, las condiciones que conducen a este fenómeno y sus posibles consecuencias, se puede comprender mejor su proceso completo y desarrollar estrategias para prevenirla o gestionarla eficazmente.

El proceso de agrietamiento por corrosión bajo tensión

El agrietamiento por corrosión bajo tensión es un proceso complejo, y puede considerarse como un suceso armonizado de corrosión-reacción, transporte de elementos y deformación mecánica. Generalmente comienza con la formación de picaduras o grietas de corrosión en miniatura en la superficie del material. Con el tiempo, estas minúsculas grietas se propagan y extienden bajo el efecto de la tensión.

El proceso global suele dividirse en las siguientes etapas:

• Iniciación: En presencia de una tensión de tracción y un entorno corrosivo, empiezan a formarse pequeñas grietas, a menudo microscópicas, en la superficie del material.
• Propagación: Estas grietas, bajo una tensión y corrosión continuadas, empiezan a propagarse por el material. La propagación de las grietas puede modelizarse mediante la fórmula \[ \frac{{da}}{{dt}} = AK^{{n}}], donde \(a\) es la longitud de la grieta, \(t\) es la duración, \(A\) y \(n\) son constantes, y \(K\) es el factor de intensidad de la tensión.
• El fallo: Finalmente, cuando las grietas alcanzan un tamaño crítico, la estructura falla bajo la tensión aplicada o residual.

Todo el proceso es bastante dinámico y puede verse afectado por varios factores, como las propiedades del material, el entorno y las condiciones de carga mecánica.

Condiciones que conducen al mecanismo de agrietamiento por corrosión bajo tensión

No todos los materiales y entornos provocan el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Deben darse unas condiciones específicas para que se produzca la SCC. Estas condiciones son

• Esfuerzo de tracción: Puede ser una carga aplicada externamente o una tensión residual dentro del material.
• Material susceptible: El material debe ser vulnerable a la SCC en el entorno dado. Las aleaciones de alta resistencia son especialmente propensas al agrietamiento.
• Entorno corrosivo: Determinadas especies químicas o condiciones, como una temperatura o presión elevadas o la presencia de elementos corrosivos específicos, pueden engendrar una CSC. Por ejemplo, los aceros inoxidables son susceptibles de sufrir CSC en presencia de cloruros.

Es importante tener en cuenta que la ausencia de cualquiera de estas condiciones puede disminuir drásticamente las posibilidades de que se produzca una CCE.

Consecuencias de la corrosión bajo tensión

La fisuración por corrosión bajo tensión, cuando no se controla, puede tener consecuencias desastrosas. Supone un riesgo importante porque es difícil de detectar en las primeras fases, y minimiza la resistencia a la tracción y la capacidad de carga de los materiales.

Un conocimiento exhaustivo de la fisuración por corrosión bajo tensión y sus consecuencias puede ayudar a los ingenieros e investigadores a diseñar estructuras más seguras y fiables, reducir los costes de mantenimiento y evitar fallos estructurales catastróficos.

Ejemplos de agrietamiento por corrosión bajo tensión en ingeniería

Los ejemplos del mundo real pueden mejorar la comprensión de la Fisuración por Corrosión Bajo Tensión. Desde defectos inherentes a las aplicaciones industriales hasta estudios de casos de accidentes causados por la corrosión bajo tensión, estos ejemplos de la vida real ponen de relieve la importancia de comprender y mitigar los efectos de la corrosión bajo tensión.

Ejemplos de agrietamiento por corrosión bajo tensión en la industria

En entornos industriales, se han registrado numerosos casos de agrietamiento por corrosión bajo tensión. La SCC no se limita a un único tipo de infraestructura o a un tipo específico de material, lo que la convierte en un problema generalizado.

Se ha registrado un contenido significativo de SCC en las tuberías de la industria del petróleo y el gas. En estos casos, la combinación de las aleaciones de alta resistencia utilizadas en la fabricación de tuberías, las presiones de funcionamiento extremas y los iones de cloruro corrosivos presentes en el entorno, dan lugar a las condiciones ideales para que se produzca la SCC. El agrietamiento subsiguiente puede provocar graves averías en las tuberías, lo que da lugar a costosas reparaciones, importantes tiempos de inactividad y, en el peor de los casos, efectos perjudiciales para el medio ambiente.

Otro caso notable de SCC es el de la industria nuclear. Muchas centrales nucleares utilizan acero inoxidable en las vasijas de presión de sus reactores, debido a su gran resistencia al calor y la corrosión. Sin embargo, a las altas temperaturas y presiones a las que operan estas vasijas, y en presencia de un entorno enriquecido con altas concentraciones de aniones hidroxilo, estas vasijas de acero inoxidable pueden sufrir agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensión (IGSCC). Se trata de un tipo específico de SCC en el que la propagación de la grieta sigue los límites de grano del material. Cualquier forma de agrietamiento en las centrales nucleares puede tener implicaciones peligrosas y, por tanto, la SCC es una preocupación importante en esta industria.

Escenarios reales de agrietamiento por corrosión bajo tensión

Una inmersión profunda en casos concretos de agrietamiento por corrosión bajo tensión puede aportar información sobre los peligros que conlleva y poner de relieve la importancia de los métodos proactivos de prevención y detección.

Un caso sorprendente de SCC aterrorizó al público en 2003, cuando el túnel Big Dig de Boston, Estados Unidos, sufrió un mortal derrumbe del techo. En la construcción se utilizaron anclajes epoxídicos para fijar los pesados paneles de hormigón del techo. La combinación de la tensión instalada en los anclajes, el ambiente corrosivo del túnel y la susceptibilidad del material de los anclajes provocó la SCC. Las grietas de corrosión se propagaron sin ser vistas hasta que alcanzaron un tamaño crítico, provocando un catastrófico derrumbe del panel del techo que causó una víctima mortal. Este ejemplo del mundo real subraya la naturaleza insidiosa de la SCC: puede producirse sin ningún signo externo y provocar fallos desastrosos.

Otra situación real se produjo en los años 90, cuando la corrosión bajo tensión afectó gravemente a la flota de aviones F-14 Tomcat. Este avión de combate utilizaba acero de alta resistencia en su tren de aterrizaje, por lo que era propenso a la SCC. Esto condujo a una serie de incidentes en los que el tren de aterrizaje de estos aviones falló bajo tensión durante el aterrizaje, poniendo en peligro la vida de los pilotos y dañando costosas aeronaves.

Estas situaciones reales subrayan la importancia de disponer de métodos eficaces de detección y prevención de la corrosión bajo tensión. Comprender que la interacción de los materiales, los factores ambientales y las condiciones de tensión pueden provocar la corrosión bajo tensión permite seleccionar los materiales adecuados, tomar decisiones de diseño apropiadas y establecer programas de mantenimiento preventivo para minimizar el riesgo de fallos catastróficos debidos a la corrosión bajo tensión.

Pruebas de corrosión bajo tensión

Diagnosticar la presencia de agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) y calibrar su alcance es un aspecto esencial de la gestión de este fenómeno, y ello implica realizar las pruebas adecuadas. Profundicemos en los principales métodos que se emplean y descubramos cómo interpretar los resultados de estas pruebas.

Métodos de prueba de agrietamiento por corrosión bajo tensión

Se pueden adoptar varios enfoques para detectar la corrosión bajo tensión, cada uno con sus puntos fuertes y contextos aplicables. Estas pruebas suelen pertenecer a una de dos categorías:

• Pruebas no destructivas (END): Estos métodos inspeccionan el material sin causar ningún daño ni alterar sus propiedades.
• Pruebas de laboratorio: Estas pruebas se realizan en un entorno controlado y pueden proporcionar datos más detallados y cuantitativos.

Entre los métodos deEnsayos No Destructivos (END ) para el SCC se incluyen:

• Inspección visual: Aunque sencilla, la inspección visual puede revelar a menudo signos de SCC, como grietas superficiales o corrosión localizada.
• Pruebas ultrasónicas (UT): Este método utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para detectar defectos internos y superficiales. Las UT pueden proporcionar información sobre la profundidad, la ubicación y el tamaño de las grietas.
• Prueba de corrientes de Foucault (ECT): Eficaz para defectos superficiales y cercanos a la superficie, la ECT explota el concepto de inducción electromagnética para detectar alteraciones que pueden estar causadas por el SCC.

En el ámbito de las Pruebas de Laboratorio, pueden emplearse varias técnicas:

• Prueba de carga sostenida: En este método, la muestra de ensayo se somete a una carga de tracción constante en un entorno corrosivo durante un periodo prolongado. El tiempo transcurrido hasta el fallo se utiliza para determinar la resistencia a la SCC de la muestra.
• Prueba de velocidad dedeformación lenta (SSRT): La SSRT consiste en exponer la muestra de prueba a un entorno corrosivo mientras se aplica una velocidad de deformación lenta y constante. La disminución de la ductilidad en comparación con una muestra sometida a ensayo en un entorno benigno indica la presencia de CAC.

Interpretación de los resultados de las pruebas de agrietamiento por corrosión bajo tensión

Una vez realizadas las pruebas para detectar la corrosión bajo tensión, el siguiente paso es interpretar los datos. ¿Cómo se interpretan los resultados de las pruebas de agrietamiento por corrosión bajo tensión? Existen unas directrices generales a seguir.

En las pruebas no destructivas, los resultados suelen presentarse en forma de imágenes gráficas o escaneados. Por ejemplo, en las Pruebas de Ultrasonidos, un "B-scan" proporciona una vista transversal, destacando los defectos potenciales. A continuación, personal cualificado interpreta estas imágenes, identificando anomalías que significan un posible SCC. Es importante tener en cuenta que estos métodos suelen requerir un conocimiento previo de la estructura para distinguir entre las señales relevantes y el ruido.

En el caso de las Pruebas de Laboratorio, la interpretación de los resultados puede ser más cuantitativa. Por ejemplo, en una Prueba de Carga Sostenida, el tiempo hasta el fallo bajo una carga específica puede compararse con el rendimiento conocido del material en entornos no corrosivos. Una disminución significativa del tiempo sugiere una susceptibilidad a la SCC. En las Pruebas de Tasa de Deformación Lenta, una reducción de la ductilidad o un aumento de la tasa de alargamiento plástico pueden denotar vulnerabilidad a la SCC.

Interpretar con precisión los resultados de las pruebas de agrietamiento por corrosión bajo tensión es vital para realizar intervenciones oportunas y adecuadas y evitar fallos catastróficos. Es crucial desarrollar una comprensión matizada del proceso, desde la elección de las técnicas más adecuadas para situaciones específicas hasta la interpretación precisa de los resultados.

Exploración de tipos específicos de agrietamiento por corrosión bajo tensión

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) no es un fenómeno uniforme. Se deriva de una variedad de complejas interacciones físicas y químicas y, por tanto, se manifiesta en diferentes tipos. Exploremos dos de estos tipos específicos: la fisuración por corrosión bajo tensión intergranular y la fisuración por corrosión bajo tensión inducida por cloruros, para profundizar en la comprensión de este mecanismo destructivo.

Entender la corrosión bajo tensión intergranular

El agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensión (IGSCC) es una forma específica de SCC en la que las grietas se propagan a lo largo de los límites de grano de un material. Estos límites de grano son regiones donde se unen las estructuras cristalinas de un metal y pueden presentar propiedades físicas y químicas diferentes a las de los propios granos o cristales. Por ello, suelen ser más susceptibles al ataque químico. Cuando se cruzan un entorno corrosivo, una tensión de tracción y un material susceptible, puede producirse la IGSCC.

Uno de los principales factores que afectan a la aparición y progresión de la IGSCC es la composición química del material. Ciertos elementos de aleación, cuando están presentes en concentraciones más elevadas en los límites de grano, pueden favorecer la IGSCC. En particular, el carbono y ciertos elementos de aleación comunes, como el cromo, pueden formar precipitados en los límites de grano, agotando la zona circundante de elementos cruciales resistentes a la corrosión y creando una vía para que arraigue la IGSCC.

Puedes considerar los límites de grano como "autopistas" para la propagación de grietas: una vez iniciadas, a las grietas les resulta más fácil progresar por estas vías de menor resistencia.

Explicación de la corrosión bajo tensión inducida por cloruros

El agrietamiento por corrosión bajo tensión inducido por cloruros (CISCC), como su nombre indica, se refiere al SCC causado predominantemente por la presencia de iones cloruro. Estos iones, que suelen encontrarse en el agua de mar o en las sales de deshielo, pueden afectar gravemente a determinados tipos de materiales, como los aceros inoxidables y las aleaciones con base de níquel. Comprender el CISCC y su impacto es fundamental en industrias como la marítima, la aeroespacial y las infraestructuras, donde los elementos están expuestos con frecuencia a entornos ricos en cloruros.

Para entender por qué los iones cloruro son tan potentes, es importante profundizar en el mecanismo de la corrosión. La corrosión, en los metales, suele implicar la transferencia de electrones de los átomos metálicos (que actúan como ánodos) al oxígeno del agua (que actúa como cátodo). Este proceso es lento en ausencia de un electrolito, función que cumplen fácilmente los iones cloruro. Los iones cloruro no sólo aceleran esta reacción, sino que atacan específicamente la capa protectora de óxido de algunos metales, exponiendo el metal desnudo a ataques corrosivos.

Además, los iones cloruro pueden inducir picaduras, una forma localizada de corrosión, que genera pequeñas fosas o cavidades en la superficie del material. Estas picaduras pueden actuar como lugares de iniciación de la SCC, provocando una rápida propagación de grietas bajo tensión.

El impacto del cloruro en el agrietamiento por corrosión bajo tensión

La presencia de iones de cloruro puede afectar drásticamente a la corrosión bajo tensión, acelerando su velocidad y provocando fallos prematuros y catastróficos. Esto es especialmente cierto en metales como el acero inoxidable, que dependen de la formación de una capa de óxido resistente a la corrosión para su protección.

Los iones cloruro alteran esta capa protectora de óxido, lo que provoca una situación denominada rotura de la pasividad. Cuando hay una concentración elevada de iones cloruro, compiten con el oxígeno por la superficie del metal. Pueden desplazar al oxígeno, rompiendo la película de óxido y exponiendo el metal subyacente al ataque corrosivo.

Esta exposición provoca una corrosión acelerada y, potencialmente, la formación de picaduras, pequeñas zonas localizadas de corrosión que pueden actuar como núcleos de grietas. Incluso cuando la carga externa está por debajo del límite elástico del material, estas picaduras pueden concentrar la tensión, elevando la intensidad local y creando condiciones favorables para el inicio y la propagación del SCC.

Por tanto, en entornos con alta concentración de iones cloruro, es esencial un enfoque vigilante de la selección, el diseño y el mantenimiento del material. Las inspecciones periódicas para detectar signos de picaduras y la realización de pruebas para detectar las primeras fases de la corrosión bajo tensión inducida por cloruros pueden mitigar los riesgos asociados a la corrosión bajo tensión inducida por cloruros. Recuerda, la prevención no sólo es mejor, sino a menudo más barata que la cura.