RESISTENCIA A LA CORROSIÓN
DE LOS ACEROS INOXIDABLES
Todos los aceros inoxidables contienen el cromo
suficiente para darles sus características de inoxidables. Muchas aleaciones
inoxidables contienen además níquel para reforzar aun más su
resistencia a la corrosión. Estas aleaciones son añadidas al acero en estado
de fusión para hacerlo "inoxidable en toda su masa". Por este motivo,
los aceros inoxidables no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningún
otro tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión. En el
acero inoxidable no hay nada que se pueda pelar, ni desgastar, ni saltar y
desprenderse.
EI acero ordinario, cuando queda expuesto a los elementos,
se oxida y se forma óxido de hierro pulverulento en su superficie. Si no
se combate, la oxidación sigue adelante hasta que el acero esté completamente
corroído.
También los aceros inoxidables se oxidan, pero en vez de
óxido común, lo que se forma en la superficie es una tenue película de óxido
de cromo muy densa que constituye una coraza contra los ataques de la
corrosión. Si se elimina esta película de óxido de cromo que recubre los
aceros inoxidables, se vuelve a formar inmediatamente al combinarse el cromo con
el oxígeno de la atmósfera ambiente.
El empleo de acero inoxidable estará bajo la dependencia
de las características oxidantes del ambiente. Si imperan condiciones fuertemente
oxidantes, los aceros inoxidables resultan superiores a los metales y
aleaciones más nobles. Sin embargo, en la misma familia de los aceros
inoxidables la resistencia a la corrosión varía considerablemente de un tipo
al otro. En el grupo al cromo níquel, los tipos 301 y 302 son
menos resistentes a la corrosión que los tipos 310 y 316. En el grupo más
sencillo al cromo, los tipos 405 y 410 son menos resistentes a la corrosión
que los tipos 430 y 442.
La utilización de los aceros al cromo (Serie 400)
para fines industriales se debe principalmente a las condiciones de resistencia
a la oxidación. Un acero al cromo con el 12 % desarrollará una película de óxido
superficial al cabo de varias semanas de exposición a una atmósfera
industrial. La película, una vez formada, actúa como barrera contra la corrosión
más pronunciada, pero si se ha de tener en cuenta la apariencia del metal, el tipo
410 y el tipo 405 pueden resultar objetables. El tipo 430, con el 17%
de cromo, necesita varios meses hasta que se forma la película superficial de
óxido, mientras que el tipo 442, con más del 20 % de cromo, se vuelve
pasivo en la atmósfera sin que se desarrolle una película de óxido visible.
Otro procedimiento para evitar que en condiciones semejantes se forme óxido,
consiste en añadir más del 7 % de níquel a una aleación con el 17 % o más
de cromo, como son los tipos 301, 302 y 304. En atmósferas que contengan
aire salino o humos procedentes de fábricas de productos químicos, la adición
de molibdeno aumenta la resistencia a la corrosión, como es el caso con
el tipo 316.
Si se revisan brevemente los recientes desarrollos
experimentados por los adornos y piezas inoxidables que se emplean en los automóviles,
lo que acabamos de decir quedará ilustrado más claramente, Los fabricantes
norteamericanos de automóviles han utilizado el tipo 430 para las
molduras y adornos de la carrocería y el tipo 301 para los taparuedas y
embellecedores que son difíciles de conformar. Sin embargo, al aumentar más
cada año el uso de sales corrosivas y de abrasivos para acelerar el deshielo de
calles y carreteras durante el invierno, también los fracasos del tipo 430
se han incrementado. En cambio, el tipo 301 para los embellecedores ha
resistido con buen éxito a los ataques de la corrosión.
Los fabricantes de acero han adoptado el procedimiento de
"recocido brillante" para mejorar la resistencia a la corrosión del tipo
430. Este procedimiento evita que el cromo emigre de la superficie. También
ha sido desarrollado el tipo 434, con el 17% de cromo y el 1 % de
molibdeno para obtener una mayor resistencia a las sales corrosivas empleadas
para deshelar las rutas y, al mismo tiempo, para cumplir los requisitos de una
fabricación más complicada para muchas piezas de carrocería.
El recocido brillante también ha hecho que se extienda más
el uso del tipo 301 para las piezas de carrocería curvadas por medio de
cilindros. Cuando los aceros "recocido brillante" son del tipo 301,
pueden adquirir un acabado especular con el mismo procedimiento de bruñido del
color que los tipos 430 y 434; se podrá utilizar el tipo 301 para
las piezas de adorno, al lado de los tipos 430 y 434 para otras piezas,
sin que esto plantee problemas con respecto al igualado de los colores.
Los tipos 302 y 301, por ser aleaciones de acero al
cromo níquel, poseen mayor resistencia a la corrosión que los tipos 430 y
434.
CORROSION: CAUSAS Y REMEDIOS
Son cinco los riesgos que amenazan el éxito del uso de
los aceros inoxidables. Estos son: la corrosión intergranular, la corrosión
por efecto galvánico, la corrosión por contacto, la corrosión
en forma de picado o de pinchazos de alfiler, y la corrosión por fatiga.
Muchos fracasos pueden ser evitados dándose cuenta sencillamente de los riesgos
involucrados y adoptando las medidas apropiadas para eliminarlos.
1. Corrosión intergranular
Un tratamiento térmico inadecuado del acero inoxidable
puede producir una retícula de carburos en los aceros con más del 0,03
por ciento de carbono, o sin adición de titanio o de columbio. El
metal que contenga tal retícula es susceptible de corrosión intergranular que
podrá ser causa de fracaso en condiciones muy corrosivas y reducir la duración
útil en muchos servicios relativamente ligeros. Los procedimientos normales de
soldadura introducen en el metal la susceptibilidad a la precipitación de los
carburos. Que el acero sea susceptible de corrosión intergranular no significa
necesariamente que será atacado por ella. En servicio, el resultado puede ser
satisfactorio. Pero la posibilidad de corrosión intergranular deberá ser
tenida en cuenta siempre que no quede excluida según la experiencia previa. La
precipitación de carburos puede ser eliminada por uno de los tres
procedimientos indicados a continuación:
a) Por recocido: una vez terminadas las operaciones
de elaboración y de soldadura, el acero deberá ser calentado hasta una
temperatura lo suficientemente alta para disolver los carburos, lo que es
generalmente entre 1036 ºC y 1150 ºC,
para enfriarlo luego con la rapidez suficiente para
evitar que se vuelva a precipitar el carburo y utilizando para ello un chorro de
aire o agua. Un tratamiento térmico localizado en la zona inmediatamente
adyacente a la soldadura no da resultados satisfactorios. Para un recocido
efectivo, toda la pieza deberá ser calentada y apropiadamente enfriada con
rapidez.
b) Utilizando acero que contenga menos de 0,03 %
de carbono.
c) Utilizando un acero estabilizado: el titanio
o el columbio se combinan con el carbono y evitan las precipitaciones
perjudiciales. Los aceros estabilizados son necesarios para todo servicio que
implique prolongadas exposiciones a las temperaturas entre 426º C y 871 ºC.
El peligro inherente a la precipitación de carburo de
cromo ha llegado a ser tan bien conocido y tan fácilmente evitado que ocurren
pocos fracasos debidos a esta causa.
2. Corrosión galvánica
La corrosión galvánica ejerce una acción localizada que
puede sobrevenir cuando una junta de unión entre dos metales disimilares está
sumergida en una solución que puede obrar como electrolito. En un medio
corrosivo, los dos metales diferentes forman unos electrodos cortocircuitados y
constituyen una celda electroquímica. De ello resulta la disolución del
electrodo anódico, mientras que el cátodo permanece inalterable. El
potencial variará según la posición ocupada por los metales y aleaciones en
el cuadro de las series galvánicas que se acompaña.
TABLA I - SERIE GALVANICA
EXTREMIDAD PROTEGIDA
CATODICA
|
METALES MAS NOBLES
|
|
oro
grafito
plata
|
PASIVO
|
Acero inoxidable tipo
316
Acero inoxidable tipo 310
Acero inoxidable tipo 446
Acero inoxidable tipo 304
Acero inoxidable tipos 301 y 302
Acero inoxidable tipo 434 y 430
Acero inoxidable tipo 410
|
PASIVO
|
80% Ni - 20% Cr
Inconel
60% Ni - 15% Cr
|
|
Níquel
Metal Monel
Cuproníquel
Bronce
Cobre
Latón
|
ACTIVO
|
80% Ni - 20% Cr
Inconel
60% Ni - 15% Cr
|
|
Níquel
Estaño
Plomo
|
ACTIVO
|
Acero inoxidable tipo
316
Acero inoxidable tipo 310
Acero inoxidable tipo 304
Acero inoxidable tipos 302 y 301
Acero inoxidable tipo 446
Acero inoxidable tipos 434 y 430
Acero inoxidable tipo 410
|
|
Fundición de hierro
Cadmio
Aluminio 2S
Zinc
Magnesio en aleaciones
Magnesio
|
EXTREMIDAD CORROIDA
ANODICA
|
METALES MENOS NOBLES
|
El empleo de distintos metales en una solución corrosiva
no significa que la corrosión galvánica sea inevitable. Los factores que
influencian la corrosión galvánica incluyen:
a) Conductividad del circuito: Tiene que existir el
contacto entre metales diferentes en una solución de alta conductividad para
que se produzca el ataque galvánico.
b) Potencial entre ánodo y cátodo: la posición
que ocupa cada metal en la serie galvánica determina el potencial y la dirección
del flujo de corriente cuando se compone una celda. El metal que ocupa la posición
más alta en la serie constituye el cátodo. El otro metal es el ánodo
y, debido a ello, es el que resulta atacado por la acción de la celda. El
potencial se incrementa cuanto más apartadas unas de otras son las posiciones
ocupadas por cada metal en la serie. Los aceros inoxidables en estado pasivo
figuran en la serie justo a continuación de la plata, del grafito y del oro. Así
pues, en una solución oxidante, los aceros inoxidables pasivos suelen
constituir el cátodo, mientras que serán los otros metales los que serán
atacados. Cuando la solución es reductora, el acero inoxidable se vuelve activo
y los metales tales como el cobre y el bronce constituirán el cátodo y
acelerarán la corrosión del acero inoxidable. El acero y la fundición de
hierro ocupan puestos inferiores en la serie galvánica que el que ocupa el
acero inoxidable activo por lo que éste será atacado si se forma una célula
entre ellos y el acero inoxidable, lo mismo si están sumergidos en una solución
oxidante que en una reductora.
c) Polarización: Este efecto es el que se produce
sobre los electrodos de una celda galvánica por el depósito sobre los mismos
de los gases liberados por la corriente. La evolución de los iones de hidrógeno
puede cambiar de pasiva en activa la superficie del acero inoxidable, acelerando
así la corrosión del ánodo.
d) Areas relativas del cátodo y ánodo: el área
relativa de las superficies ejerce un efecto pronunciado sobre el daño
producido por la acción galvánica. Un pequeño ánodo con un cátodo grande
produce una corriente de elevada densidad y acelera la corrosión en el ánodo.
Deberán evitarse las pequeñas áreas del metal menos noble. No se utilizarán
piezas de sujeción de aluminio para el acero inoxidable. En cambio, el
empleo de piezas de sujeción de acero inoxidable para aluminio da resultados
satisfactorios.
e) Relación geométrica entre superficies de distintos
metales: Un borde o una esquina del metal menos noble no deberá estar en
contacto con el centro de un área de gran superficie del metal que ha de
constituir el cátodo si llega a formarse una celda galvánica.
La corrosión se atribuye frecuentemente a la acción galvánica
cuando su verdadera causa se debe efectivamente a unas condiciones anormales de
operación. Así por ejemplo, el uso de ácido clorhídrico, para
sustituir un material de limpieza normal, puede destruir la película pasiva del
acero inoxidable. En tal caso se puede formar una celda galvánica que empezará
a funcionar tan pronto como la pieza en cuestión entre en función. El volver a
proyectar y a construir una pieza que sea completamente de acero inoxidable
puede ser muy costoso y la nueva pieza proyectada puede ser difícil de
fabricar. Así pues, cuando aparentemente la acción galvánica sea la única
causa de un desperfecto en una unidad que, demostradamente, es de un buen diseño,
convendrá realizar una verificación meticulosa para cerciorarse de que todas
las condiciones de operación son normales.
3. Corrosión por contacto
El tercer riesgo es la corrosión por contacto. Una
diminuta partícula de acero al carbono, una escama de óxido, cobre u otra
substancia extraña cualquiera incrustada en el acero inoxidable puede ser
suficiente para destruir la pasividad en el punto de contacto. El ataque empieza
al formarse una celda galvánica con la partícula de material extraño como ánodo.
Mientras dura la acción electroquímica que disuelve lo contaminado, iones
de hidrógeno se liberan haciendo que el acero inoxidable se vuelva activo
en el punto de contacto. La acción de picado puede proseguir después de haber
sido eliminada la partícula extraña por haberse constituido una celda
activa-pasiva entre la diminuta superficie anódica atacada y la extensa área
catódica circunvecina. Cuando las secciones inoxidables entran en servicio
deberán estar limpias de escamas de óxido, de aceite, de pequeñas partículas
metálicas procedentes de las herramientas, troqueles e hileras, así como de
todo material extraño. La corrosión por contacto puede iniciarse al cabo
de mucho tiempo de estar la pieza en servicio si los métodos de limpieza
empleados no son meticulosos. Oxido y suciedad en los conductos de vapor,
herramientas impregnadas con acero al carbono, e inclusive aparatos de
transporte sucios, pueden acarrear substancias creadoras de corrosión por
contacto hasta los recipientes de acero inoxidable durante un período de
limpieza. Unas superficies limpias y lisas, así como la ausencia de arañazos y
grietas reduce el riesgo de que se produzca corrosión por contacto.
El ingeniero proyectista puede precaverse de todo ataque
galvánico, pero, a su vez, el personal encargado de la fabricación, la operación
y la conservación de los equipos de acero inoxidable, ha de prevenir la corrosión
por contacto.
4. Picado o corrosión en forma de pinchazos de alfiler
Las soluciones que contengan cloruros podrían
atacar por una acción de picado, y en las picaduras se podrán desarrollar celdas
galvánicas. Los daños debidos a este picado son también llamados pinchazos
de alfiler causados por la corrosión. Los cloruros ácidos, tales
como el cloruro férrico y el cloruro sódico son particularmente peligrosos,
pero cualquier cloruro en concentración apreciable puede ser la causa posible
de perturbaciones. Generalmente los fracasos del acero inoxidable en un medio
supuestamente a salvo de la corrosión son atribuibles a la presencia del ion
cloruro en mayor concentración que la previsible.
El molibdeno contenido en los tipos 316 y 317
aumenta la resistencia al picado. Estas aleaciones quedan sometidas a los
desperfectos debidos a la corrosión por fatiga; así pues, los
recipientes deberán quedar tan exentos de tensiones como sea posible. Grietas,
fisuras y bolsas de estancamiento deberán ser eliminadas ya que son las
superficies limpias y en buen estado las que mejor resisten al picado,
cualquiera que sea la calidad del acero inoxidable.
5. Corrosión por fatiga
La corrosión por fatiga es otro de los riesgos que han de
ser eliminados. Casi todos los metales y aleaciones, incluso el acero austenítico
inoxidable, pueden fallar al agrietarse o quebrarse debido a la corrosión por
fatiga en condiciones que impliquen esfuerzos aplicados o tensiones
residuales combinadas con agentes ligeramente corrosivos. Las soluciones de
cloruro son de lo más perjudicial al provocar el agrietamiento de los aceros
inoxidables austeníticos.
El mecanismo causante de la corrosión por fatiga todavía
no ha sido determinado. Es principalmente transgranular y puede ir acompañado
de ataques de picado. Son muy susceptibles las piezas que han estado sometidas a
un fuerte trabajo en frío, pero el acero recocido puede también agrietarse
cuando se le somete a condiciones difíciles. Es más fácil que el
agrietamiento se produzca en soluciones calientes que en las frías. El tipo
315 y el tipo 317, en la condición de recocido, ofrecen mayor resistencia
al ion cloruro que el tipo 302 y el tipo 304. Pero si están bajo
tensiones fuertes, pueden fallar lo mismo en un ambiente conducente a la corrosión
por fatiga.
Tensiones fuertes y débiles en el mismo elemento producen
una condición que fácilmente puede conducir a la corrosión por fatiga en
presencia de cloruros. Ha sido investigado cierto número de fracasos debidos a
planchas perforadas. Las grietas en forma de rayos que parten de los taladros
son típicas del agrietamiento debido a la corrosión por fatiga. Los
productores canadienses han resuelto este problema completamente recociendo a
fondo las planchas después de taladradas.
Los aceros inoxidables, estirados, embutidos o trabajados
en frío se agrietan fácilmente en sistemas que contengan sulfuro de hidrógeno
acuoso. Distintos medios, incluso las soluciones cáusticas calientes
bajo presión, han causado el agrietamiento según ha sido informado, aunque en
la mayoría de estos casos pueden haber sido causadas por impurezas no
observadas contenidas en el cloruro.
Para eliminar completamente las tensiones internas, sin
perjuicio para la resistencia a la corrosión, se deberá recocer por encima de
926 ºC, con enfriamiento rápido para que los carburos permanezcan en solución.
Como no es posible hacer esto con los recipientes grandes, un tratamiento de
revenido a 648 º C puede ser suficiente para reducir las tensiones residuales.
Este tratamiento a 648 ºC podrá ser aplicado únicamente para los tipos 304
L, 316 L, 317 L, 321 y 347, y para estos metales tan sólo cuando se sepa
que el nivel de la tensión en el cual puede ocurrir la corrosión sea más
bajo que lo que se espera después de semejante tratamiento térmico a baja
temperatura. Cuando se utiliza acero inoxidable como forro para un recipiente de
acero al carbono no será posible aligerar las tensiones debido a que los
coeficientes de expansión son muy diferentes. Lo mismo ocurre cuando se trata
de recipientes de acero inoxidable que lleven soldados refuerzos, soportes o
sujeciones de acero al carbono.
Las precauciones generales que indicamos a continuación
deberán ser adoptadas para prevenir la corrosión por fatiga:
a) Asegurarse de que no se acumulen sales
corrosivas procedentes del material aislante, del goteo o de pulverizaciones o
salpicaduras corrosivas en el área del recipiente.
b) Evitar toda cavidad donde se recoja agua durante
el ciclo de operaciones, acumulándose una concentración de sales en la
cavidad.
c) Especificar que las planchas perforadas deberán
ser tratadas para eliminar completamente las tensiones interiores después de
haber sido taladradas, si han de ser utilizadas como pantalla para operaciones
de las que se sabe corren el riesgo de que se produzca corrosión
d) Elíjanse tubos con buena concentricidad y con
unos límites de tolerancia muy estrechos en el grueso de las paredes, para los
haces de tubos destinados a los intercambiadores de calor, con el fin de evitar
tensiones elevadas y desiguales cuando se los curva para los distribuidores.
e) Evitar el unir por soldadura metales con
coeficientes de dilatación diferentes cuando el recipiente deba ser calentado
durante las operaciones. Los tipos de la serie 300 se dilatan
aproximadamente de 1 a 1 1/2 veces
más que los tipos de la serie 400.
f) Utilizar los tipos con el 0,03% como máximo
de carbono, 304 L, 316 L, y 317 L, para reparar recipientes
respectivamente de los tipos 304, 316 y 317 siempre que se desee reducir
localmente las tensiones después de hecha la reparación. Únicamente el acero
con el 0,03 % de carbono como máximo deberá ser calentado a más de 426º C
siempre que exista el riesgo de que se produzca corrosión intergranular.
g) Evítese el curvado cíclico que repetidamente
tensa el acero inoxidable por encima de su resistencia a la deformación o límite
de elasticidad. Esto puede formar tensiones interiores que favorezcan la corrosión
por fatiga inclusive en un medio de efecto moderado.
6. Proyecto y fabricación. Cómo reducir al mínimo la
corrosión
Los fracasos debidos a la corrosión pueden ser
frecuentemente eliminados modificando apropiadamente el diseño sin necesidad de
cambiar el tipo de acero. La forma de las juntas, la continuidad de la
superficie y la concentración de las tensiones deberán ser tomadas en
consideración. Las soldaduras a tope son preferibles a las soldaduras en
solapa, y se deberán utilizar buenos métodos de soldadura. El uso de piezas
complementarias, tales como de planchas o placas de refuerzo rodeadas de
costuras o cordones de soldadura, deberá ser reducido al mínimo ya que esto
produce tensiones biaxiales difíciles de eliminar por tratamiento térmico.
Cuando se tengan que sujetar patas de acero dulce a un tanque de acero
inoxidable, se deberá soldar las patas primeramente a un asiento de acero
inoxidable que, a su vez, será soldado al fondo del tanque. Con esto se evita
la difusión del carbono en el acero inoxidable del tanque.
Todo el equipo deberá ser meticulosamente limpiado a
fondo para eliminar toda contaminación producida por óxidos, polvo de hierro,
partículas procedentes de las herramientas, fundente de soldadura, suciedades y
substancias orgánicas.
Estas substancias extrañas pueden ser eliminadas limpiándolas
a chorro o por decapado. Una buena solución para el decapado consiste en el 10
por ciento de ácido nítrico y el 1 por ciento de ácido fluorhídrico.
Un ajuste defectuoso causa tensiones al forzar las piezas
para ponerlas en posición. Cuando se fabrican piezas para una unidad que deba
contener material corrosivo, será prudente reformar las piezas que ajusten mal
y recocerlas de manera que las piezas en cuestión se ajusten limpiamente en el
recipiente. El conformar en frío, tal como el cilindrar tubos en la chapa, son
trabajos que deberían reducirse al mínimo.
Como es difícil reproducir en los ensayos de laboratorio
las verdaderas condiciones que se presentan en la práctica, los resultados de
dichos ensayos solamente podrán servir de guía. Los datos sobre la corrosión
publicados como resultado de distintos ensayos, pueden estar basados sobre unas
condiciones químicas, temperaturas, velocidades y aireación que difieran de
las de la solución química que deba ser manipulada. Por este motivo y siempre
que sea posible se deberá utilizar para los ensayos prácticos, el equipo
existente y procedimientos similares o comparables. En los ensayos de corrosión
deberán incluirse muestras de los artículos por fabricar con el fin de poder
juzgar del valor de los métodos de fabricación propuestos. Las muestras
soldadas y sensibilizadas permiten apreciar el depósito de soldadura y la zona
influenciada por el calor en el ambiente corrosivo al que han de poder resistir.
Convendrá someter a ensayos probetas con corrosión por fatiga y sometidas a
varios niveles de esfuerzo o tensión con el fin de poder apreciar la
susceptibilidad del acero al agrietamiento una vez terminadas de fabricar. Es
esencial que los resultados de los ensayos sean apreciados en su justo valor.