Corrosión en diversos entornos: corrosión ambiental de metales y acero.

La corrosión ambiental abarca los procesos de degradación de metales y aleaciones que ocurren bajo la influencia de condiciones ambientales como la atmósfera, el agua de mar, el agua dulce, el suelo y los ambientes clorurados, ácidos y alcalinos. La corrosión de los metales depende no solo del tipo de material, sino también del entorno en el que opera. Un mismo tipo de acero puede mantener una alta resistencia durante muchos años en condiciones atmosféricas moderadas, pero en entornos con cloruros, ácidos, temperaturas elevadas o depósitos, puede experimentar una corrosión localizada o generalizada intensa. El entorno corrosivo determina, entre otras cosas, la estabilidad de la capa pasiva del acero inoxidable, la velocidad de las reacciones electroquímicas y el potencial de corrosión por picaduras, hendiduras, corrosión galvánica, corrosión microbiana (MIC) y corrosión bajo tensión (SCC). Por lo tanto, la correcta selección del material requiere un análisis no solo del tipo de acero y su composición química, sino también de las condiciones de operación reales.

Ambiente corrosivo y mecanismo de corrosión

Términos como corrosión marina, corrosión atmosférica, corrosión del suelo o corrosión en el agua describen principalmente entorno corrosivoNo deben confundirse con mecanismos o formas de destrucción como la corrosión por picaduras, por hendiduras, galvánica o intergranular.
En un mismo entorno pueden coexistir varios mecanismos de corrosión. Por ejemplo, la presencia de cloruros en el agua de mar puede favorecer la corrosión por picaduras y por hendiduras en el acero inoxidable; el contacto entre metales diferentes puede provocar corrosión galvánica; la formación de biopelículas puede contribuir al desarrollo de corrosión microbiana (CMI); y la combinación adecuada de tensión, temperatura y un entorno con cloruros puede dar lugar a la fisuración por corrosión bajo tensión (CCT).

Corrosión en el medio marino

El entorno marino es uno de los entornos operativos más exigentes para muchos materiales estructurales. El agua de mar contiene cantidades significativas de cloruros, que pueden desestabilizar la capa pasiva del acero inoxidable y favorecer el desarrollo de corrosión por picaduras y fisuras.

Sin embargo, las condiciones de corrosión no son uniformes en toda una estructura marina. Los materiales permanentemente sumergidos en agua se comportan de manera diferente, tanto en la zona intermareal como en la zona de salpicaduras o atmósfera costera. La temperatura, la velocidad del agua, la oxigenación, la biopelícula, los sedimentos y el contacto con otros metales también influyen.
En aplicaciones marinas más exigentes, en lugar de aceros austeníticos estándar, aceros dúplex y superdúplex, se utilizan aceros austeníticos de alta aleación del tipo 6Mo y aleaciones de níquel seleccionadas adecuadamente.

Korozja atmosferyczna

La corrosión atmosférica se produce en superficies metálicas expuestas a la atmósfera y a la capa de humedad que se forma sobre ellas. La intensidad del proceso depende principalmente de la duración de la exposición a la humedad, la temperatura y la presencia de sales y contaminantes.
Un ambiente rural con bajos niveles de contaminación suele ser mucho menos agresivo que un ambiente industrial o costero. Cerca del mar, la bruma marina aporta cloruros, mientras que en entornos industriales, los compuestos de azufre y otros contaminantes pueden desempeñar un papel adicional.
El polvo, la sal y otros contaminantes pueden retener la humedad y crear condiciones localizadas propicias para la corrosión. Por lo tanto, el estado de la superficie, su diseño que permita el lavado natural y la limpieza periódica pueden influir significativamente en la durabilidad de los componentes.

corrosión del suelo

El subsuelo es un entorno muy complejo y heterogéneo. La corrosión de las estructuras subterráneas está influenciada por factores como la humedad, la composición química del suelo, el contenido de cloruros y sulfatos, el pH, la conductividad eléctrica, la disponibilidad de oxígeno, la actividad microbiana y la presencia de corrientes parásitas.
La heterogeneidad del suelo puede generar diferencias locales en las condiciones electroquímicas en la superficie de un mismo componente. Se debe prestar especial atención a las tuberías, los tanques, las estructuras subterráneas y los puntos de transición entre diferentes tipos de suelo.
En el caso de estructuras enterradas, la selección de materiales es solo uno de los elementos de protección. Dependiendo de la estructura y las condiciones, también se utilizan recubrimientos adecuados, protección catódica y control de corrientes parásitas.

Corrosión en agua dulce e industrial

El término "agua" no describe un único entorno corrosivo. El agua potable, el agua de río, el agua de pozo, el agua de refrigeración, el agua de caldera y el agua de proceso pueden variar significativamente en su composición química y agresividad.
Los parámetros más importantes incluyen el contenido de cloruro, el pH, la temperatura, la oxigenación, la dureza, la conductividad, la presencia de sedimentos y la presencia de inhibidores, biocidas y otros aditivos tecnológicos. Las condiciones de flujo también son importantes. El estancamiento puede favorecer la formación de sedimentos, biopelículas y diferencias locales de oxigenación, mientras que caudales muy elevados en determinadas condiciones pueden aumentar el riesgo de erosión y corrosión erosiva.
En el caso de los aceros inoxidables, se debe prestar especial atención a los cloruros. A medida que aumentan su concentración y la temperatura, se incrementa el riesgo de corrosión localizada, y la resistencia del material a la corrosión por picaduras y por hendiduras, así como parámetros como PREN, CPT y CCT, adquieren una importancia cada vez mayor.

Corrosión en ambientes con cloruros

Los cloruros son uno de los factores más importantes que limitan el uso de aceros inoxidables. Pueden desestabilizar localmente la capa pasiva y provocar la aparición de corrosión por picaduras y fisuras. En determinadas condiciones, los cloruros también pueden contribuir a la fisuración por corrosión bajo tensión (SCC).
El riesgo no puede evaluarse únicamente en función de la concentración de cloruro. La temperatura, el pH, el potencial electroquímico, la presencia de grietas y sedimentos, y el estado de la superficie son factores importantes. Por lo tanto, la concentración de cloruro permisible para una especie determinada no es un valor único y universal aplicable en todas las condiciones.
La resistencia de los aceros inoxidables a la corrosión localizada en ambientes de cloruros aumenta principalmente con el contenido adecuado de cromo, molibdeno y nitrógeno. El índice PREN se utiliza para la comparación inicial de materiales, mientras que la resistencia a la iniciación de la corrosión localizada en laboratorio puede caracterizarse adicionalmente mediante las pruebas CPT y CCT.

Corrosión en ambientes ácidos

Los ambientes ácidos pueden provocar una corrosión general intensa si la capa pasiva del material no es estable en dichas condiciones. Sin embargo, no existe una resistencia a los ácidos única y universal. El comportamiento del material depende del tipo de ácido, su concentración, la temperatura, la presencia de oxígeno y otros oxidantes, y los contaminantes, incluidos los iones cloruro.
Los ácidos sulfúrico, clorhídrico, fosfórico, nítrico, acético y fórmico crean diferentes ambientes corrosivos. Un material altamente resistente a un ácido no necesariamente presenta una resistencia similar a otro. El ácido clorhídrico es particularmente agresivo para muchos aceros inoxidables debido a que combina un ambiente ácido con una alta actividad de cloruro.
Al seleccionar un material para su uso en ambientes ácidos, es necesario considerar el sistema específico: material – ácido – concentración – temperatura – contaminantes. En la práctica, se utilizan diagramas de isocorrosión, entre otras cosas, para determinar la velocidad de corrosión en función de la temperatura y la concentración del medio.

Corrosión en ambientes alcalinos

Muchos aceros inoxidables presentan buena resistencia a ambientes alcalinos moderados, pero los álcalis altamente concentrados, especialmente a temperaturas elevadas, pueden ser agresivos. El tipo de álcali, su concentración, la temperatura y la presencia de impurezas adicionales son factores importantes.

Un ejemplo es el hidróxido de sodio (NaOH), utilizado en numerosos procesos químicos. Dependiendo de la concentración y la temperatura, un material seleccionado incorrectamente puede ser susceptible a la corrosión acelerada o a ciertas formas de agrietamiento por corrosión bajo tensión. Al igual que en ambientes ácidos, la evaluación de la resistencia debe basarse en las condiciones específicas del proceso, y no simplemente en el término "ambiente alcalino".

Corrosión en gases y gases de escape

Los ambientes gaseosos y los gases de escape pueden provocar corrosión en los metales, tanto en presencia de humedad y condensación como a temperaturas elevadas. La agresividad del ambiente está determinada por factores como la temperatura, el contenido de vapor de agua, oxígeno, compuestos de azufre, cloro y otros componentes gaseosos, así como por la posibilidad de que se condensen en la superficie del metal. Las zonas donde la temperatura superficial desciende por debajo del punto de rocío y se forma condensación con productos de combustión disueltos pueden ser especialmente peligrosas. Según las condiciones, puede producirse corrosión general, localizada, por condensación y a altas temperaturas. La selección del material requiere considerar tanto la composición del gas como la temperatura de funcionamiento y la temperatura superficial del componente.

Corrosión en sistemas de alcantarillado y aguas residuales

Las aguas residuales y los sistemas de alcantarillado crean un entorno corrosivo complejo, donde coexisten cloruros, sulfatos, sulfuros, compuestos orgánicos, pH variable, sedimentos y microorganismos. De particular importancia es el potencial de corrosión microbiana (CMI) y la formación de sulfuro de hidrógeno (H₂S) en condiciones anaeróbicas. En los espacios situados sobre las aguas residuales, el H₂S puede oxidarse mediante procesos biológicos, generando compuestos que crean un entorno altamente ácido, lo cual representa un problema especialmente grave para los componentes de hormigón y metal de la infraestructura de alcantarillado. Los medios estancados, los sedimentos, el biofilm y las diferencias en la oxigenación pueden favorecer aún más la corrosión localizada. La selección de materiales debe tener en cuenta la composición real de las aguas residuales, la temperatura, el pH, los cloruros, los compuestos de azufre, las condiciones de flujo y la actividad microbiológica.

Corrosión en entornos químicos y petroquímicos

Las instalaciones químicas y petroquímicas se encuentran entre los entornos corrosivos más diversos. Los materiales pueden entrar en contacto con ácidos, bases, cloruros, sulfuro de hidrógeno (H₂S), dióxido de carbono (CO₂), compuestos de azufre, disolventes, agua de proceso y mezclas de numerosos productos químicos. Estas condiciones pueden provocar corrosión generalizada y localizada, agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), corrosión bajo depósitos y otros mecanismos dependientes del proceso. La resistencia del material está determinada no solo por la composición química del medio, sino también por su concentración, temperatura, presión, contenido de agua, caudal, contaminantes y tensiones dentro de la estructura. En entornos más agresivos, además de los aceros inoxidables estándar, se utilizan aceros dúplex y superdúplex, aceros austeníticos de alta aleación y aleaciones de níquel seleccionadas adecuadamente. La selección del material siempre debe basarse en las condiciones reales del proceso, ya que los términos generales "entorno químico" o "petroquímico" no permiten una evaluación única del riesgo de corrosión.

Los factores más importantes que determinan la agresividad del entorno

Independientemente del tipo de entorno, existen varios parámetros que influyen de manera particularmente significativa en el curso de los procesos de corrosión:

• temperatura – Un aumento de la temperatura suele acelerar las reacciones electroquímicas y puede reducir la resistencia a la corrosión localizada.
• pH – influye en la estabilidad de la capa pasiva y en el curso de las reacciones electroquímicas,
• cloruros y otros haluros – se encuentran entre los factores más importantes que inician la corrosión localizada de los aceros inoxidables,
• oxígeno y otros oxidantes – afectan el potencial electroquímico y la capacidad de mantener una capa pasiva,
• flujo medio – puede mejorar la transferencia de masa, pero a altas velocidades y en presencia de partículas también puede aumentar el riesgo de corrosión por erosión,
• sedimentos y grietas – crear entornos locales que difieran del medio principal y promuevan la corrosión por hendidura,
• microorganismos – La biopelícula y la actividad microbiológica pueden influir en las condiciones electroquímicas locales y en el desarrollo de MIC,
• contacto de diferentes metales – en presencia de un electrolito puede conducir a la formación de una celda galvánica,
• estrés – En combinación con un entorno determinado, puede provocar agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC).

Selección de materiales para entornos corrosivos

No existe un único tipo de acero inoxidable que sea el mejor para todos los entornos. Los aceros inoxidables 304L y 316L, muy populares, son adecuados para una amplia gama de aplicaciones, pero su resistencia puede resultar insuficiente en ambientes cálidos con cloruros, agua de mar, ácidos fuertes o estructuras particularmente susceptibles a la corrosión por hendidura.

A medida que aumenta la agresividad ambiental, se utilizan aceros de alta aleación como el 904L, aceros dúplex y superdúplex, aceros austeníticos 6Mo ​​como el 1.4547 y el 1.4529, y aleaciones de níquel seleccionadas adecuadamente. Sin embargo, un mayor grado de aleación no implica automáticamente que un material sea la mejor solución en todos los entornos.

La selección debe tener en cuenta la composición química del medio, la temperatura, el pH, la concentración de cloruros, las condiciones de flujo, la presencia de grietas y sedimentos, las tensiones, la tecnología de construcción y el tiempo de funcionamiento previsto.

El entorno y el material deben analizarse conjuntamente.

La resistencia a la corrosión no es una propiedad que pueda describirse adecuadamente con un solo término, como "acero resistente a la corrosión". Un material es resistente o susceptible a la corrosión en función de un entorno y unas condiciones de funcionamiento específicas.

Por lo tanto, al diseñar una instalación, es necesario analizar el sistema completo: material, entorno, temperatura, diseño, método de construcción y condiciones de funcionamiento . Solo este enfoque permite evaluar correctamente el riesgo de corrosión y seleccionar materiales con la durabilidad requerida.

Corrosión de metales en diversos entornos

Cada entorno corrosivo requiere un análisis independiente. Los siguientes documentos ofrecen descripciones detalladas de los mecanismos de corrosión, los factores de riesgo y los principios de selección de materiales para las siguientes condiciones:

Corrosión marina: corrosión del acero y los metales en agua de mar.
Korozja atmosferyczna
corrosión del suelo
Corrosión en agua dulce e industrial
Corrosión en ambientes con cloruros
Corrosión en ambientes ácidos
Corrosión en ambientes alcalinos
Corrosión en gases y gases de escape
Corrosión en sistemas de alcantarillado y aguas residuales
Corrosión en entornos químicos y petroquímicos

El entorno operativo es uno de los factores fundamentales que determinan la durabilidad de los metales y las aleaciones. La atmósfera, el suelo, el agua de mar, las aguas industriales, los cloruros, los ácidos y las bases pueden crear condiciones corrosivas completamente diferentes y desencadenar distintos mecanismos de degradación de los materiales.
Por lo tanto, el conocimiento del tipo de material por sí solo no basta para evaluar su durabilidad. Una selección adecuada requiere determinar las condiciones de operación reales e identificar los mecanismos de corrosión que puedan presentarse. Solo la combinación del conocimiento sobre el material y el entorno permite una evaluación precisa de la resistencia a la corrosión de una estructura.

Tipos de corrosión del acero y los metales

La corrosión puede producirse mediante diversos mecanismos, dependiendo del material, el entorno y las condiciones de funcionamiento. Véase también otros tipos de corrosión:
Corrosión uniforme del acero y los metales
Corrosión por picaduras en aceros inoxidables
Corrosión por hendidura en aceros inoxidables
Corrosión intergranular del acero inoxidable
Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC)
Corrosión galvánica
corrosión erosiva
corrosión por cavitación
fatiga por corrosión
corrosión por frotamiento
Corrosión microbiológica MIC
Corrosión a alta temperatura

Temas relacionados

CPT – temperatura crítica de corrosión por picaduras de aceros inoxidables y aleaciones de níquel
PREN: índice de resistencia a la corrosión por picaduras para acero inoxidable
CCT – Temperatura crítica de corrosión por hendidura de aceros inoxidables y aleaciones de níquel