Corrosión por picaduras en aceros inoxidables: causas, mecanismo, PREN, CPT y prevención.
corrosión por picaduras es una de las formas más peligrosas de corrosión localizada de aceros inoxidables, aceros dúplex, aceros superdúplex y aleaciones de níquel. A diferencia de la corrosión uniforme, no causa una pérdida uniforme de material en toda la superficie, sino que se desarrolla localmente, creando depresiones conocidas como picaduras de corrosión.
Un defecto de corrosión por picaduras puede manifestarse como un pequeño orificio visible en la superficie, mientras que en el interior se desarrolla un daño mucho mayor. Esto puede provocar que un componente parezca en buen estado, aunque su espesor local se haya reducido significativamente. En casos extremos, esto puede causar la perforación de tuberías, tanques, intercambiadores de calor y otros componentes del sistema.
La característica más importante de la corrosión por picaduras es la posibilidad de daños localizados muy profundos con una pérdida de masa relativamente pequeña de todo el componente.
¿Qué es la corrosión por picaduras?
corrosión por picaduras, también conocida como corrosión por picaduraEs una forma localizada de corrosión que se produce principalmente en metales y aleaciones protegidos por una capa pasiva.
En el caso de los aceros inoxidables, la resistencia a la corrosión se debe a la presencia de una capa muy fina de óxidos ricos en cromo en la superficie. Esta capa aísla el metal del entorno y puede regenerarse en condiciones adecuadas.
Sin embargo, si la capa pasiva se debilita o perfora localmente, puede comenzar la disolución local del metal. Particularmente peligrosos en este sentido son: iones cloruro Cl-.
¿Dónde reside el riesgo de corrosión por picaduras?
La corrosión por picaduras puede producirse en entornos que contienen, entre otros:
- agua de mar,
- agua salobre,
- salmueras tecnológicas,
- cloruros de sodio y calcio,
- aguas de proceso que contienen cloruros,
- agua de piscina,
- desinfectantes y agentes de limpieza que contienen cloruros,
- depósitos de sal húmeda,
- otros haluros.
¿Cómo se produce la corrosión por picaduras?
La corrosión por picaduras es un proceso electroquímico. Se puede simplificar en varias etapas.
1. Debilitamiento de la capa pasiva
La capa pasiva puede debilitarse localmente por:
- iones cloruro,
- inclusiones no metálicas,
- daños mecánicos,
- arañazos,
- contaminación superficial,
- escala,
- decoloración por soldadura,
- preparación inadecuada de la superficie,
- inhomogeneidades microestructurales locales.
2. Ruptura de la pasivación local
Una vez que la capa pasiva sufre daños localizados, el metal expuesto comienza a disolverse. Esta zona se convierte en ánodo, mientras que gran parte de la superficie restante permanece pasiva y se comporta como cátodo.
Se crea una situación desfavorable: una superficie anódica muy pequeña interactúa con una superficie catódica grande. Como resultado, la velocidad de disolución local del metal puede ser muy alta.
3. Acidificación del interior del pozo
A medida que el metal se disuelve, se forman iones metálicos dentro del orificio. Las reacciones de hidrólisis que se producen provocan una disminución del pH.
Por lo tanto, el ambiente dentro del pozo se vuelve más ácido que el ambiente que rodea la superficie del acero.
4. Aumento de la concentración de cloruro
Los iones cloruro migran hacia el interior del pozo en formación, aumentando aún más la agresividad del ambiente dentro del mismo.
Se crea una solución local con:
- alta concentración de cloruro,
- pH bajo,
- acceso limitado al oxígeno,
- condiciones que dificultan la reconstrucción de la capa pasiva.
5. Desarrollo de fosas autosostenible
Una vez que se dan las condiciones adecuadas, el proceso puede volverse autocatalítico. Esto significa que las reacciones que ocurren dentro de la picadura provocan un mayor deterioro ambiental y aceleran la corrosión.
Diagrama de proceso:
cloruros y debilitamiento de la capa pasiva
↓
disolución local del metal
↓
aumento de la concentración de iones metálicos
↓
descenso del pH
↓
afluencia de iones Cl-
↓
dificultad en la repassivación
↓
mayor desarrollo de picaduras
¿Por qué son tan peligrosos los cloruros?
Los iones cloruro se encuentran entre los factores más importantes que provocan la destrucción localizada de la capa pasiva de los aceros inoxidables.
Sin embargo, la mera presencia de cloruros no significa automáticamente que se producirá corrosión. El riesgo también depende de:
- concentración de cloruro,
- temperatura,
- pH
- potencial electroquímico,
- la presencia de agentes oxidantes,
- tipo de material,
- estado de la superficie,
- estructura del elemento,
- tiempo de exposición.
Por lo tanto, afirmar que un acero determinado es "resistente a los cloruros" sin especificar la temperatura y la concentración del medio es una simplificación excesiva.
El efecto de la temperatura sobre la corrosión por picaduras
La temperatura es uno de los parámetros más importantes que influyen en el riesgo de que se inicie la corrosión por picaduras.
A medida que aumenta la temperatura, la resistencia de una capa pasiva a la degradación en un entorno de cloruros suele disminuir. Un material que puede funcionar sin corrosión por picaduras en una solución determinada a 20 °C puede no mantener esta resistencia a 60 °C u 80 °C.
Esta relación se utiliza al determinar CPT – Temperatura crítica de picadura.
CPT – Temperatura crítica de corrosión por picaduras
CPT es la temperatura crítica de corrosión por picaduras determinada bajo condiciones de prueba específicas.
Cuanto mayor sea el valor de CPT, mayor será la resistencia del material a la iniciación de picaduras en el entorno de prueba utilizado.
Sin embargo, CPT no es una constante material absoluta. El resultado depende, entre otras cosas, del método de ensayo, la composición de la solución, el estado de la superficie, la geometría de la muestra y el método de preparación de la muestra.
Efecto del pH
La disminución del pH puede aumentar el riesgo de corrosión por picaduras, especialmente en entornos que contienen cloruros.
La combinación de:
alta concentración de cloruro + alta temperatura + pH bajo.
En tales condiciones, los aceros austeníticos estándar pueden resultar insuficientes y pueden ser necesarios aceros dúplex, superdúplex, superausteníticos 6Mo o aleaciones de níquel.
Resistencia a la corrosión por picaduras y al PREN
Para la comparación inicial de la resistencia del acero inoxidable a la corrosión por picaduras, se utiliza el índice PREN (Número Equivalente de Resistencia a las Picaduras).
La ecuación más utilizada es:
PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N
Cuanto mayor sea el valor PREN, mayor será la resistencia del acero a la iniciación de la corrosión por picaduras en ambientes con cloruros.
| Elemento | Importancia para la resistencia a la corrosión por picaduras |
|---|---|
| Cromo Cr | es responsable de la formación y estabilidad de la capa pasiva |
| Molibdeno Mo | Mejora notablemente la resistencia al ataque local en ambientes clorurados. |
| Nitrógeno N | aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y la estabilidad de la pasivación. |
| Tungsteno W | incluido en algunas fórmulas modificadas para aleaciones de alta aleación |
El PREN debe considerarse un parámetro comparativo. No tiene en cuenta directamente la calidad de la superficie, las soldaduras, la microestructura, la geometría del componente ni las condiciones reales de funcionamiento.
Más información sobre PREN
Comparación de la resistencia de especies seleccionadas
| material | Designacion | PREN indicativo | Resistencia a la corrosión por picaduras |
|---|---|---|---|
| AISI 304 / 304L | 1.4301 / 1.4307 | aproximadamente 18–20 | básico |
| AISI 316L | 1.4404 / S31603 | aproximadamente 24–25 | superior a 304 debido a la adición de Mo |
| 904L | 1.4539/N08904 | aprox. 34 | alto |
| Duplex 2205 | 1.4462 / S32205 | aprox. 35 | alto |
| Superdúplex 2507 | 1.4410 / S32750 | aproximadamente 41–43 | muy alto |
| 254 SMO | 1.4547 / S31254 | ≥ 42,5 | muy alto |
| Aleación 926 | 1.4529/N08926 | aproximadamente 42–47 | muy alto |
| Aleación 625 | 2.4856/N06625 | aproximadamente 50–53 | muy alto |
Los valores PREN proporcionados son orientativos. El valor real depende de la composición química de la masa fundida específica y del método de cálculo utilizado.
¿Por qué el acero 316L podría sufrir corrosión por picaduras?
Acero AISI 316L Se suele describir como un acero con mayor resistencia a los ambientes clorurados. Esto se debe principalmente a la adición de molibdeno.
Sin embargo, esto no significa una resistencia total al agua de mar ni a ningún entorno que contenga cloruros.
El riesgo de corrosión por picaduras en el acero 316L aumenta, entre otras cosas, por:
- temperatura alta,
- alta concentración de cloruro,
- evaporación del agua y concentración de sales,
- estancamiento del medio,
- asentamientos,
- grietas,
- soldaduras sin limpiar,
- Contaminación superficial con partículas de hierro.
corrosión por picaduras y corrosión por hendiduras
La corrosión por picaduras y la corrosión por hendiduras son formas de corrosión localizada, pero no son el mismo fenómeno.
| Característica | corrosión por picaduras | corrosión por hendidura |
|---|---|---|
| Lugar de iniciación | ruptura local de la capa pasiva | área de una brecha o flujo restringido del medio |
| Lugares típicos | superficie expuesta a cloruros | debajo de juntas, arandelas, depósitos y bridas |
| Parámetro de comparación | CPT | CCT |
CCT – Temperatura crítica de corrosión por hendidura
CCT – Temperatura crítica de la hendidura es la temperatura crítica para que se produzca corrosión por hendidura bajo condiciones de prueba específicas.
Al igual que la CPT, la CCT debe interpretarse únicamente en relación con el método de prueba utilizado.
Influencia del estado de la superficie
El estado de la superficie del acero influye significativamente en la resistencia a la iniciación de la corrosión por picaduras.
El riesgo aumenta, entre otras cosas, por:
- arañazos profundos,
- residuo de incrustación,
- decoloración térmica,
- contaminación con partículas de acero al carbono,
- residuos de materiales abrasivos,
- alta rugosidad superficial,
- soldaduras limpiadas incorrectamente.
Una superficie lisa, limpia y debidamente preparada suele presentar una mayor resistencia al inicio de la corrosión localizada.
Corrosión por picaduras después de la soldadura
La soldadura puede reducir localmente la resistencia a la corrosión del acero inoxidable si el proceso se realiza o se completa incorrectamente.
De particular importancia son:
- zona afectada por el calor,
- decoloración por soldadura,
- capa de óxido,
- cambios en la microestructura,
- material adicional inapropiado,
- blindaje de gas incorrecto,
- falta de limpieza adecuada de la superficie después de la soldadura.
La mera selección de un acero de alta resistencia no garantiza la resistencia de la estructura terminada si las soldaduras y la superficie se han realizado incorrectamente.
ASTM G48 – Ensayo de corrosión por picaduras y hendiduras
Uno de los estándares más comúnmente utilizados para las pruebas de laboratorio de la resistencia de los aceros inoxidables y aleaciones relacionadas a la corrosión por picaduras y grietas es ASTM G48.
La norma abarca seis métodos de ensayo que utilizan soluciones agresivas de cloruro férrico.
| método | Alcance del estudio |
|---|---|
| A | prueba de resistencia a la corrosión por picaduras |
| B | prueba de resistencia a la corrosión por hendidura |
| C | Determinación de la temperatura crítica de corrosión por picaduras para aleaciones seleccionadas. |
| D | Determinación de la temperatura crítica de corrosión por hendidura para aleaciones seleccionadas. |
| E | Determinación CPT de aceros inoxidables |
| F | Determinación de la temperatura crítica de contacto (TCC) de los aceros inoxidables |
Las pruebas ASTM G48 tienen como objetivo principal comparar la durabilidad de los materiales en condiciones específicas de laboratorio. Los resultados no deben considerarse una predicción directa de la durabilidad del material en una instalación real.
ASTM G150
La temperatura crítica de corrosión por picaduras también se utiliza para determinar ASTM G150.
Este es un método electroquímico que utiliza una solución de cloruro de sodio y un potencial controlado. Los resultados de CPT obtenidos con ASTM G150 pueden diferir de los obtenidos con ASTM G48.
Por lo tanto, los valores de CPT determinados mediante diferentes métodos de prueba no deben compararse directamente.
PREN, CPT y CCT: las diferencias
| parámetro | ¿Qué define? | Base de evaluación |
|---|---|---|
| PREN | resistencia comparativa a la corrosión por picaduras | composición química |
| CPT | Temperatura crítica de inicio de la corrosión por picaduras | prueba de laboratorio |
| CCT | Temperatura crítica de inicio de la corrosión por hendidura | prueba de laboratorio |
¿Dónde se produce con mayor frecuencia la corrosión por picaduras?
| comercio | Amenaza típica |
|---|---|
| industria marítima | agua de mar y rocío salino |
| industria química | cloruros y medios de proceso agresivos |
| energéticos | agua de refrigeración e intercambiadores de calor |
| industria alimentaria | salmueras y agentes de limpieza |
| industria farmacéutica | medios de procesamiento y desinfectantes |
| piscinas | cloruros, alta humedad y temperatura elevada |
| desalinización del agua | altas concentraciones de sal |
| petróleo y gas | cloruros, temperatura y medios de proceso agresivos |
¿Cómo reducir el riesgo de corrosión por picaduras?
Seleccionar la especie adecuada
El tipo de acero debe seleccionarse en función de la concentración real de cloruros, la temperatura, el pH y otros componentes del medio. El término "acero inoxidable" no implica el mismo nivel de resistencia para todos los tipos.
Control de temperatura
A la hora de seleccionar un material, es importante tener en cuenta no solo la temperatura normal de funcionamiento, sino también las temperaturas máximas que se producen durante la puesta en marcha, la limpieza y las averías.
Control de la concentración de cloruro
La posibilidad de un aumento local de la concentración de sal debido a:
- evaporación del agua,
- secar la superficie,
- estancamiento del medio,
- calefacción local,
- formación de depósitos.
Eliminar el estancamiento
El diseño de la instalación debe limitar los espacios muertos y los lugares donde puedan quedar medios agresivos.
Limitar las brechas
Deben minimizarse las juntas y geometrías que provocan espacios reducidos debajo de las juntas, arandelas y depósitos.
Soldadura correcta
Debe utilizarse el material de relleno correcto, los parámetros de soldadura adecuados y la protección gaseosa apropiada.
Limpieza de superficies después de soldar
La decoloración térmica y la acumulación de incrustaciones deben eliminarse mediante métodos apropiados. Dependiendo de la aplicación, entre los métodos utilizados se encuentran el decapado y la pasivación.
Evitar la contaminación por acero al carbono
Las herramientas y los abrasivos utilizados para el acero al carbono no deben utilizarse en acero inoxidable sin una inspección previa.
Limpieza regular
La eliminación de sedimentos reduce la posibilidad de crear zonas localizadas con mayores concentraciones de cloruro y menor disponibilidad de oxígeno.
Los factores más importantes que influyen en la corrosión por picaduras
| Czyńnik | wpływ |
|---|---|
| aumento del contenido de cloruro | aumenta el riesgo de corrosión por picaduras |
| aumento de temperatura | aumenta el riesgo |
| bajando el pH | suele aumentar el riesgo |
| sedimentos y estancamiento del medio | aumentar el riesgo de un ataque local |
| mayor contenido de Cr | mejora la estabilidad de la pasivación |
| mayor contenido de Mo | aumenta significativamente la resistencia a la corrosión por picaduras. |
| mayor contenido de N | aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras |
| superficie lisa y limpia | reduce la probabilidad de inicio de corrosión localizada |
¿Cómo seleccionar un material para la corrosión por picaduras?
En entornos poco agresivos, los aceros austeníticos estándar como el 304L o el 316L pueden ser suficientes.
A concentraciones de cloruro más elevadas y temperaturas más altas, se utilizan materiales con mayor contenido de cromo, molibdeno y nitrógeno, por ejemplo:
- 904L / 1.4539,
- dúplex 2205 / 1.4462,
- superdúplex 2507 / 1.4410,
- 254 SMO / 1.4547,
- Aleación 926 / 1.4529,
- AL-6XN / UNS N08367.
Las aleaciones de níquel también se utilizan en entornos particularmente agresivos, como la aleación 625, la aleación 825, la aleación C-276, la aleación 22 y la aleación 59.
Esto no significa, sin embargo, que un material con un PREN más alto sea automáticamente mejor en cualquier entorno. El PREN describe principalmente la susceptibilidad al ataque localizado relacionado con la pasivación y los cloruros, pero no tiene en cuenta todos los mecanismos de corrosión ni los efectos de todos los componentes químicos.
Podsumowanie
La corrosión por picaduras es una forma localizada de corrosión que puede provocar la perforación rápida de un componente a pesar de una escasa pérdida total de material.
Los factores más importantes que contribuyen a la formación de picaduras incluyen:
- cloruros,
- temperatura alta,
- pH bajo,
- sedimentos y estancamiento del medio,
- huecos de construcción,
- superficie dañada o contaminada,
- Soldaduras mal hechas y limpiadas.
La resistencia de los diferentes grados se puede comparar inicialmente utilizando el índice PREN, mientras que la resistencia en laboratorio a la iniciación de la corrosión localizada se determina, entre otros métodos, mediante CPT y CCT, así como mediante ensayos de acuerdo con las normas ASTM G48 y ASTM G150.
La selección correcta del material debe tener en cuenta el PREN, la temperatura, el contenido de cloruro, el pH, la composición química del medio, el estado de la superficie, la soldadura y el diseño de la instalación.
La corrosión puede producirse mediante diversos mecanismos, dependiendo del material, el entorno y las condiciones de funcionamiento. Conozca otros tipos de corrosión:
Tipos de corrosión del acero y los metales
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
Clasificación de la corrosión según el entorno.
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
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