INTRODUCCIÓN EN ACEROS INOXIDABLES
Aceros inoxidables: Desarrollo y aplicaciones
Los aceros inoxidables son aleacionesferro-cromocon un
mínimo de 11% decromo.
El agregado de otros elementos a la aleación permite formar un amplio
conjunto de materiales, conocidos como la familia de los aceros
inoxidables. Entre los elementos de aleación, dos se destacan: elcromo,
elemento presente en todos los aceros inoxidables por su papel en la
resistencia a la corrosión y elníquelpor la memoria en
las propiedades mecánicas.
La siguiente es una visión panorámica de la familia de los aceros
inoxidables, sus principales características y aplicaciones.
Algunas aplicaciones de los aceros inoxidables
Aceros inoxidables martensíticos
En los aceros inoxidables martensíticos, el carbono está en una
concentración tal, que permite la formación deaustenitaa
altas temperaturas, que a su vez se transforma enmartensitadurante
el enfriamiento.
La martensita es una fase rica encarbono, frágil y
extraordinariamente dura. Los aceros inoxidables martensíticos tienen la
característica común de ser magnéticos y endurecibles por tratamiento
térmico, presentando cuando templados una microestructura acicular (en
forma de agujas).
Es importante observar que estos aceros son normalmente producidos por
la industria siderúrgica en estado recocido, con ductilidad
razonablemente buena. Solamente después de templados serán muy duros y
poco dúctiles. Pero es precisamente en esta condición (templados), que
serán resistentes a la corrosión.
El más utilizado de los aceros inoxidables martensíticos es elTipo
420. En estado recocido (estructura ferrítica), no presenta
buen comportamiento frente a la corrosión atmosférica. Esto porque
durante la operación de recocido, a una temperatura aproximada de 760
ºC, el carbono y el cromo se combinan para formarcarburos de
cromo,Cr23C6. Cada molécula de carburo de
cromo contiene, en peso, aproximadamente 95% de cromo. Considerando el
alto tenor de carbono y el bajo tenor de cromo del acero inoxidable 420
(aproximadamente 0,35%C y 12,50% Cr), como todo el carbono precipita
como carburo de cromo durante el recocido, esta precipitación retirará
de la solución sólida aproximadamente la mitad del cromo disponible. En
esta condición el material no resiste a la corrosión y no puede ser
considerado propiamente como un acero inoxidable (ya que no tiene unmínimo
de 11% de cromoen solución sólida).
Por eso, elacero inoxidable 420, es colocado en
servicio por el usuario, solamente después de un tratamiento de temple.
Cuando templado, el carbono forma parte de la fase martensítica, no
siendo encontrado en la aleación precipitado como carburo de cromo.
La alta dureza y la consecuente resistencia al desgaste, determinan las
aplicaciones de este material, utilizado en cuchillería, discos de
freno, equipos quirúrgicos, odontológicos y turbinas.
Si la cantidad elevada de carbono es un inconveniente en el acero
inoxidable 420 en estado recocido, una solución lógica es la de
disminuir este tenor, lo que se hace en elinoxidable Tipo 410.
Como este material tiene un máximo de 0,15% de carbono, esta cantidad no
es suficiente para remover tanto cromo de la solución sólida y,
consecuentemente, presenta una buena resistencia a la corrosión
atmosférica, tanto en la condición de recocido como de templado.
Después del tratamiento de temple, las durezas alcanzadas por este
material no son tan altas como las presentadas por el inoxidable 420.
Las principales aplicaciones del inoxidable 410 son en equipos para
refinación de petróleo, válvulas, componentes de bombas y cuchillería.
Aumentando la cantidad deazufrese obtiene elinoxidable
420 F, una variedad del 420, con buena maquinabilidad.
Adiciones decarbono(para obtenerse durezas todavía
mayores) y decromoymolibdeno(mejorando
también la resistencia a la corrosión) nos llevan a losaceros
inoxidables martensíticos Tipo 440, utilizados en cuchillos de
corte profesional.
Aceros inoxidables ferríticos
Los aceros inoxidables ferríticos también son magnéticos. A pesar de
tener una menor cantidad de carbono que los martensíticos, se tornan
parcialmente austeníticos a altas temperaturas y consecuentemente
precipitan martensita durante el enfriamiento. Puede decirse que son
parcialmente endurecibles por tratamiento térmico.
Los aceros inoxidables ferríticos contienen, de un modo general, un
tenor de cromo superior al de los martensíticos. Este aumento en la
cantidad de cromo mejora la resistencia a la corrosión en diversos
medios, pero sacrifica en parte otras propiedades, como la resistencia
al impacto.
El más utilizado de los aceros inoxidables ferríticos es elTipo
430, que contiene 16 a 18% de cromo y un máximo de 0,12% de
carbono. Entre sus aplicaciones, se puede mencionar: cubiertos,
vajillas, cocinas, piletas, monedas, revestimientos, mostradores
frigoríficos.
Uno de los mayores problemas del inoxidable 430 es la pérdida de
ductilidad en las regiones soldadas, que normalmente son frágiles y de
menor resistencia a la corrosión. El elevado crecimiento del tamaño de
grano, la formación parcial de martensita y la precipitación de
carbonitruros de cromo, son las principales causas generadoras de este
problema.
Para enfrentar este inconveniente, se adicionatitanio y/o niobio,
como estabilizadores del carbono. LosTipos 409, 430 Ti y 430 Nbson
muy utilizados, principalmente en silenciadores y escapes de
automóviles.
Elaluminiose utiliza también como un estabilizador deferrita.
Elinoxidable 405, con aluminio entre 0,10 y 0,30% es
muy utilizado en la fabricación de estructuras que no podrán ser
recocidas después de la operación de soldado.
El aumento en el tenor de azufre, permite mejorar la maquinabilidad, en
elTipo 430 F.
Adiciones demolibdeno, en elinoxidable 434,
o aumento en los tenores de cromo en elTipo 446,
permiten obtener inoxidables ferríticos con mejor resistencia a la
corrosión.
Aunque los inoxidables ferríticos presentan una buena resistencia a la
corrosión, algunas características limitan la utilización de los mismos
en determinadas aplicaciones. La estampabilidad es buena, aunque
insuficiente en aplicaciones que requieren estampado profundo. La
soldabilidad es apenas discreta, por los problemas ya mencionados.
Una gran mejoría en muchas propiedades es conseguida con la introducción
de níquel como elemento de aleación. Con determinados tenores de níquel
es posible conseguir un cambio de la estructura ferrítica hacia
austenítica.
Aceros inoxidables austeníticos
Los aceros inoxidables austeníticosno son magnéticosy
no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Son muy dúctiles y
presentan excelente soldabilidad.
El inoxidable austenítico más popular es elTipo 304,
que contiene básicamente 18% de cromo y 8% de níquel, con un tenor de
carbono limitado a un máximo de 0,08%. Tiene gran aplicación en las
industrias químicas, farmacéuticas, de alcohol, aeronáutica, naval, uso
en arquitectura, alimenticia, y de transporte. Es también utilizado en
cubiertos, vajillas, piletas, revestimientos de ascensores y en un sin
número de aplicaciones.
En determinados medios, especialmente en aquellos que contieneniones
cloruro, el inoxidable 304 muestra propensión a una forma de
corrosión llamadacorrosión por picado. Es un tipo de
corrosión extraordinariamente localizada, en la cual en determinados
puntos de la superficie del material, el medio agresivo consigue quebrar
la película pasiva para después progresar en profundidad. El crecimiento
de los picados se da en un procesoautocatalíticoy
aunque la pérdida de masa pueda ser a veces insignificante, esta forma
de corrosión es muy insidiosa, ya que muchas veces un picado es
suficiente para dejar un equipo fuera de servicio.
Lacorrosión por rendijas, puede ser considerada como
una corrosión por picado artificial. El aspecto es frecuentemente
semejante al de la corrosión por picado y el proceso de crecimiento es
también autocatalítico. Pero, la existencia de una rendija es necesaria
para la ocurrencia del fenómeno, lo que no sucede en la corrosión por
picado. Los mismos medios capaces de provocar la corrosión por picado,
promueven la corrosión por rendijas en los aceros inoxidables.
Elmolibdenoes introducido como elemento de aleación en
los aceros inoxidables precisamente para disminuir la susceptibilidad a
estas formas de corrosión. La presencia de molibdeno permite la
formación de una capa pasiva más resistente y en casos en que el
inoxidable 304 no resiste a la acción de determinados medios, corroyendo
por picado o por rendijas, losinoxidables 316 y 317constituyen
una excelente solución. Son aceros con gran utilización en las
industrias químicas, de alcohol, petroquímicas, de papel y celulosa, en
la industria petrolífera, industrias textil y farmacéutica.
Cuando están sometidos por algún tiempo a las temperaturas entre 450 y
850 ºC, los aceros inoxidables austeníticos están sujetos a la
precipitación de carburos de cromo en sus contornos de granos, lo que
los tornasensibilizados. Esta precipitación abundante
de carburos, la sensibilización, resulta en la disminución del tenor de
cromo en las regiones vecinas a los bordes, regiones que tienen así su
resistencia a la corrosión drásticamente comprometida, tornando el
material susceptible a lacorrosión intergranularen
ciertos medios. Las zonas térmicamente afectadas por operaciones de
soldado son particularmente sensibles a esta forma de corrosión, ya que
durante el ciclo térmico de soldado parte del material es mantenido en
la faja crítica de temperaturas. La consideración de este fenómeno llevó
al desarrollo de los inoxidables austeníticos extra bajo carbono,304L,
316L y 317L, en los cuales el tenor de carbono es controlado en
un máximo de 0,03%, quedando así extremadamente reducida la posibilidad
de sensibilización.
La utilización deestabilizadorestiene también la
finalidad de evitar el problema de la sensibilización. Eltitanio,
adicionado como elemento de aleación, inhibe la formación de carburo de
cromo debido al hecho de tener una afinidad mayor por el carbono que
aquella que tiene el cromo. Así, se precipitacarburo de titanioy
el cromo permanece en solución sólida. Con la misma finalidad puede ser
utilizado elniobio.
Tanto el titanio como el niobio son estabilizadores del carbono y los
aceros inoxidables así obtenidos, el321 y el 347son
conocidos comoaceros inoxidables estabilizados. El
inoxidable316 Ties la versión estabilizada deltipo
316. Para aplicaciones en equipos que operan entre 400 y 900
ºC, los aceros inoxidables estabilizados son los más recomendados, ya
que conservan mejores propiedades mecánicas en esas temperaturas que los
aceros de extra bajo carbono; notoriamente laresistencia al
creep.
En el inoxidable904 L(20Cr-25Ni-4,5Mo-1,5Cu), la
adición de elementos de aleación busca mejorar no sólo laresistencia
al picadosino también la resistencia a lacorrosión en
medios ácidos reductores. El elevado tenor de níquel mejora
también el comportamiento frente a lacorrosión bajo tensión.
En los casos en que se pretende una buenaresistencia mecánicay
no existe gran preocupación por lacorrosión intergranular,
los aceros inoxidables304H y 316H, con tenores de
carbono en el rango de 0,04/0,10%, son recomendados. La precipitación de
una fina red de carburos de cromo, tan perjudicial bajo el punto de
vista de la corrosión, se torna benéfica cuando lo que interesa son las
propiedades mecánicas.
Aumentos considerables en los tenores de cromo y níquel permiten elevar
la temperatura de formación de cascarilla (escamado) de los aceros
inoxidables austeníticos. El inoxidable 304 es recomendado para trabajo
al aire libre, a temperaturas inferiores a 925 ºC en servicios
continuos. En las mismas condiciones, elinoxidable 310,
con cromo 24/26% y níquel 19/22%, resiste temperaturas de hasta 1150 ºC.
Es un material clasificado comoacero inoxidable refractario.
Grandes aumentos de níquel, llevan a lasaleaciones Ni-Cr-Fe,
donde el elemento con mayor presencia en el material ya no es el hierro
sino el níquel, Estos materiales no son conocidos como aceros
inoxidables sino como aleaciones a base de níquel y presentan excelente
resistencia a la corrosión en diversos medios a altas temperaturas. El
elevado tenor de níquel da también garantía de una buena resistencia a
la corrosión bajo tensión.
El inoxidable 304 es un material con excelente ductilidad. Para casos de
estampado extra profundo, un aumento en el tenor de níquel permite
mejorar todavía más la ductilidad. Con esta finalidad fue desarrollado
elTipo 305.
Ligeras reducciones en el tenor de níquel disminuyen la estabilidad de
la austenita, permitiendo la aparición de martensita inducida por
deformación en frío, consiguiéndose así excelentes propiedades para
aplicaciones estructurales. Es elTipo 301, disponible
en las versiones1/4, 1/2, 3/4 y totalmente duroy con
gran utilización en las industrias ferroviarias, de trenes
metropolitanos y de carrocerías de ómnibus.
ElTipo 303resulta del aumento del tenor deazufreen
el 304 con la finalidad de mejorar la maquinabilidad. La ductilidad y la
resistencia a la corrosión quedan comprometidas por este aumento en la
cantidad de azufre.
Los aceros de laserie 200, resultan de una substitución
parcial de níquel pormanganeso. Son utilizados en
aplicaciones estructurales, presentando resistencia a la corrosión
inferior al 301.
ESPECIFICACIONES DE LOS ACEROS INOXIDABLES
HISTORIA
A principios de los años veinte, en la industria se inició la aplicación
de temperaturas de proceso, presiones, reactivos y otras condiciones que
estaban más allá de las características de los materiales existentes en
esos días. Un ejemplo pertinente lo es el de la industria petrolera. En
los veinte, los procesos para la refinación del petróleo se
desarrollaron rápidamente. Se encontró que los tubos ordinarios de acero
al carbono utilizados en los intercambiadores de calor se corroían
aceleradamente, en forma particular cerca de los extremos; debido a
esto, se consumían grandes cantidades de tubos. Una de las primeras
aplicaciones del acero inoxidable fue la sustitución de estas secciones
de tubos por unaaleación al cromo, conocida actualmente
comotipo 429.
Sin embargo, los primeros trabajos realizados para la fabricación de los
hierros y aceros inoxidables datan del siglo XIX. Ya en aquellos días se
sabía que el hierro aleado con ciertos metales, como elcobrey
elníquelresistía mejor a la oxidación que el hierro
ordinario. En 1865 ya se hacían, aunque en cantidades muy limitadas,
aceros con 25 y 35% de níquel que resistían muy bien la acción de la
humedad del aire y, en general, del medio ambiente; pero se trataba de
fabricaciones en muy pequeña escala que nunca se continuaron. En esa
época no se llegó a estudiar ni a conocer bien esta clase de aceros. En
1872Woods y Clarkfabricaron aceros con 5% de cromo que
tenían también mayor resistencia a la corrosión que los hierros
ordinarios de esa época. Posteriormente en 1892Hadfield,
en Sheffield, estudió las propiedades de ciertos aceros aleados con
cromo y dio a conocer en sus escritos que el cromo mejoraba
sensiblemente la resistencia a la corrosión. En 1904-1910,Guillet
y Portevin, en Francia, realizaron numerosos estudios sobre
aceros aleados con cromo y níquel, determinando microestructuras y
tratamientos de muchos de ellos. Llegaron a fabricar aceros muy
similares a los típicos aceros inoxidables que se usan en la actualidad,
pero hasta entonces nunca le dieron especial atención a la
inoxidabilidad.
El desarrollo original de lo que son actualmente los aceros inoxidables
aconteció en los albores de la primera guerra mundial. En forma
independiente y casi simultánea, en Inglaterra y en Alemania se
descubrieron los aceros inoxidables tal como los conocemos ahora. El
metalurgista inglésHarry Brearlyinvestigando cómo
mejorar una aleación para proteger los cilindros de los cañones,
encontró que agregando cromo a los aceros de bajo carbono, obtenía
aceros resistentes a las manchas (stainless) o resistentes a la
oxidación. Los doctoresStrauss y Maurer, de Alemania,
en 1912 patentaron dos grupos de aceros inoxidables al cromo-níquel de
bajo contenido de carbono; uno de éstos, con la denominación18-8,
ha sido utilizado desde entonces en numerosas aplicaciones.
Las propiedades y composiciones de los aceros inoxidables se mantuvieron
en secreto por los países beligerantes mientras duró la primera guerra
mundial. Posteriormente, a partir de las pocas aleaciones experimentadas
en 1920. y de un limitado número de grados comercialmente disponibles en
1930, la familia de los aceros inoxidables ha crecido en forma
impresionante. En la actualidad se cuenta con un gran número de tipos y
grados de acero inoxidable en diversas presentaciones, y con una gran
variedad de acabados, dimensiones, tratamientos, etc.
Dentro de la siderurgia, la historia de los aceros inoxidables es
bastante corta, de hecho están en la etapa de introducción. En esta
etapa, los nuevos materiales deben vencer la resistencia de los patrones
de compra existentes. En teoría, sólo unos pocos, los innovadores, los
compran y utilizan.
En los próximos años seguramente ocurrirán dos fenómenos, por un lado se
descubrirán nuevos tipos de aceros inoxidables y resistentes al calor y,
por el otro, se encontrarán muchas nuevas aplicaciones de los mismos.
RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES
Todos los aceros inoxidables contienen elcromosuficiente
para darles sus características de inoxidables. Muchas aleaciones
inoxidables contienen ademásníquelpara 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
formaóxido de hierropulverulento 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 unatenue película de óxido de
cromomuy 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 condicionesfuertemente
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 alcromo níquel, lostipos
301 y 302son menos resistentes a la corrosión que lostipos
310 y 316. En el grupo más sencillo al cromo, lostipos
405 y 410son menos resistentes a la corrosión que lostipos
430 y 442.
La utilización de losaceros 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, eltipo 410 y el tipo
405pueden resultar objetables. Eltipo 430, con
el 17% de cromo, necesita varios meses hasta que se forma la película
superficial de óxido, mientras que eltipo 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 lostipos
301, 302 y 304. En atmósferas que contengan aire salino o humos
procedentes de fábricas de productos químicos, la adición demolibdenoaumenta
la resistencia a la corrosión, como es el caso con eltipo 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 eltipo 430para
las molduras y adornos de la carrocería y eltipo 301para
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 deltipo 430se han
incrementado. En cambio, eltipo 301para 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 deltipo
430. Este procedimiento evita que el cromo emigre de la
superficie. También ha sido desarrollado eltipo 434,
con el17% 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 deltipo
301para las piezas de carrocería curvadas por medio de
cilindros. Cuando los aceros "recocido brillante" son deltipo
301, pueden adquirir un acabado especular con el mismo
procedimiento de bruñido del color que lostipos 430 y 434;
se podrá utilizar eltipo 301para las piezas de adorno,
al lado de lostipos 430 y 434para otras piezas, sin que
esto plantee problemas con respecto al igualado de los colores.
Lostipos 302 y 301, por ser aleaciones de acero al
cromo níquel, poseen mayor resistencia a la corrosión que lostipos
430 y 434.
CORROSION: CAUSAS Y REMEDIOS
Son cinco los riesgos que amenazan el éxito del uso de los aceros
inoxidables. Estos son: lacorrosión intergranular, lacorrosión
por efecto galvánico, lacorrosión por contacto,
lacorrosión en forma de picado o de pinchazos de alfiler,
yla 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
unaretícula de carburosen los aceros con más del 0,03
por ciento de carbono, o sin adición detitanioo decolumbio.
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: eltitanioo
elcolumbiose 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 ladisolución
del electrodo anódico, mientras que elcátodo 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 - 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 elcátodo.
El otro metal es elánodoy, 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 dealuminiopara 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 deácido 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 hidrógenose 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 serviciodeberán
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 contenganclorurospodrían atacar por
una acción de picado, y en las picaduras se podrán desarrollarceldas
galvánicas. Los daños debidos a este picado son también
llamadospinchazos de alfilercausados por la corrosión.
Loscloruros 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 concentraciónque la previsible.
Elmolibdenocontenido en lostipos 316 y 317aumenta
la resistencia al picado. Estas aleaciones quedan sometidas a los
desperfectos debidos a lacorrosión 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 condicionesque 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. Eltipo 315 y el tipo 317, en la condición de
recocido, ofrecen mayor resistencia al ion cloruro que eltipo
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 producenuna 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 contengansulfuro de
hidrógenoacuoso. Distintos medios, incluso lassoluciones
cáusticascalientes 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 lostipos 304 L, 316 L, 317 L, 321 y 347,
y para estos metales tan sólo cuando se sepa que elnivel 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 laserie 300se dilatan
aproximadamente de 1 a 1 1/2 veces más que los tipos de laserie
400.
f)Utilizar los tipos con el0,03% como máximo de
carbono,304 L, 316 L, y 317 L, para reparar recipientes
respectivamente de lostipos 304, 316 y 317siempre 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.
Guia Sobre Corroción.Descargar
SOLDADURA
Manual de Soldadura del Acero Inoxidable*
Parte I - Para el Soldador.Descargar
Parte II - Para el Ingeniero de Materiales.Descargar
Parte III - Para el Ingeniero de Diseño.Descargar
DUREZA
l.- Introducción
El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más
empleados en la selección y control de calidad de los metales.
Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material
y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa
convencionalmente por dos procedimientos. El más usado en metales es la
resistencia a la penetración de una herramienta de determinada
geometría.
El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la
muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los
diferentes componentes microestructurales del material.
Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen
básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por
las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de
calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la
dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y
espesor de la misma.
2.- Dureza Vickers
Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en
prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del
estado en que se encuentren y de su espesor.
El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide
de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la
superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una cargaP.
Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es
retirada y medida la diagonaldde la impresión
que quedó sobre la superficie de la muestra(figura 1).
Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza
Vickers, que es caracterizada porHVy definida
como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kgf) y el área de
la superficie lateral de la impresión
3.- Dureza Rockwell
La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia aceptación en
razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión
producida durante el ensayo.
El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una
determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada.
El número de dureza Rockwell(HR)se mide en
unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre
cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores
siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos
de diamante. Una determinada combinación constituye una "escala de
medición", caracterizada comoA,B,C, etc. y
siendo la dureza un número arbitrario será necesario indicar en que
escala fue obtenida (HRA, HRB, HRC, etc.).
El proceso de medición con penetrador de diamante (utilizado para
materiales duros, como por ejemplo los templados) está esquematizado en
lafigura 2.
La carga totalPes aplicada sobre el penetrador
en dos etapas: una previaPoy una posteriorP1tal
que:
P= Po+P1
Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidadh0sobre
la acción de la cargaP0que se mantendrá hasta
el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la
influencia de las condiciones superficiales.
A continuación se aplica la cargaP1y la
penetración se acentúa. Finalmente la cargaPles
retirada y la profundidadhrestante (solamente
actúaP0) determina el número de durezaHR.
La escala de los instrumentos de lectura empleados en las máquinas está
invertida para permitir una lectura directa.
En los certificados de calidad es común utilizar la escalaHRBdonde
el cono de diamante es reemplazado por una esfera de 1/16" y la cargaP1vale
100 Kgf.
En casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kgf es muy
elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la escala
Vickers con una carga de 10 Kgf y luego efectuada la transformación a la
escalaHRButilizando tablas de conversión adecuadas.
Un texto excelente sobre ensayo de materiales se
puede encontrar eneste
link, perteneciente a laFacultad
Regional Rio Grande de la Universidad Tecnológica Nacional
EL VERDADERO PULIDO SANITARIO
Información Técnica para Usuarios
INTRODUCCIÓN:
Elelectropulidoes un tratamiento superficial mediante
el cual el metal a ser pulido actúa como ánodo en una celda
electrolítica, disolviéndose. Con la aplicación de corriente, se forma
un film polarizado en la superficie metálica bajo tratamiento,
permitiendo a los iones metálicos difundir a través de dicho film. Las
micro y macro proyecciones, o puntos altos de la superficie rugosa, lo
mismo que zonas con rebabas, son áreas de mayor densidad de corriente
que el resto de la superficie, y se disuelven a mayor velocidad, dando
lugar a una superficie más lisa, nivelada y/o rebabada. Simultáneamente,
y bajo condiciones controladas de intensidad de corriente y temperatura,
tiene lugar un abrillantamiento de la superficie.-
En aleaciones, como elacero inoxidable, se tiene además
la ventaja adicional que, al ser el hierro un metal que se disuelve
fácilmente, se incrementa el contenido de cromo y níquel en la
superficie, aumentando así la resistencia a la corrosión.-
En una escala macroscópica, el contorno de una superficie maquinada se
puede considerar como una serie depicosyvalles.
La profundidad de los mismos y la distancia entre los picos dependen de
los métodos utilizados para producir la superficie.-
En una escala microscópica, la superficie es aún más compleja, con
pequeñas irregularidades sobrepuestas a los picos y valles.-
Con el fin de producir una superficie verdaderamente lisa, ambos tipos
de irregularidades (macroscópicas y microscópicas) deben ser
eliminadas.-
Así, las funciones de un proceso de pulido ideal se pueden distinguir
como:
a)Alisado:eliminación de las
irregularidades a gran escala (tamaño superior a 1 micrón).-b)Abrillantado:remoción
de pequeñas irregularidades de un tamaño inferior a centésimas de
micrón.-
COMPARACIÓN ENTRE PULIDO MECÁNICO Y ELECTROLÍTICO
I ) PULIDO MECÁNICO
La preparación mecánica de las superficies se puede dividir
convenientemente en dos etapas:
1)Esmerilado;usando técnicas abrasivas
para producir una superficie razonablemente lisa y plana.-2)Pulido;usando
abrasivos finos sobre poleas para dar una superficie lisa y
brillante.
Se han realizado considerables esfuerzos para investigar la estructura
de las superficies metálicas preparadas por estos métodos, y se ha
establecido perfectamente que conducen a obtener unazona
severamente deformadacercana a la superficie. Esta zona tiene
propiedades diferentes a las del metal de base y se produce
fundamentalmente por un proceso defluencia;esto es;
bajo la intensa acción mecánica del pulido, el material de los picos es
obligado a fluir para rellenar los valles. Esta capa superficial recibe
usualmente el nombre de"capa de Bielby", en honor a su
descubridor, y tiene un espesor de varios micrones, espesor que se
incrementa con la intensidad del pulido. La estructura resultante es
prácticamente amorfa y contiene inclusiones de óxidos del metal de base
y compuestos utilizados en las pastas de pulir.-
Se comprende entonces que las propiedades físico-químicas de la capa
superficial obtenida por pulido mecánico son distintas a las del metal
subyacente, originandotensiones mecánicasque, en
determinadas condiciones, pueden dar lugar aprocesos de
corrosión.-
II ) ELECTROPULIDO
Elelectropulido(opulido electroquímico,
opulido electrolítico) funciona básicamente debido que,
al disolverse el metal bajo la circulación de corriente, se forma una
capa viscosa de productos de la disolución, la cual se va difundiendo
lentamente en el baño electrolítico.-
El espesor de esta capa no es constante, siendo mayor en los valles; y
como su resistencia eléctrica es superior a la de la solución de
electropulido, conduce a una disolución preferencial de lospicos,
y a una nivelación de la superficie.-
En la fig. nº 1 (a) se puede apreciar el esquema de un corte transversal
(a escala microscópica) de la superficie al comienzo del procedimiento,
y en la (b) cómo después de un tiempo de tratamiento la superficie se ha
disuelto y comienza a "nivelarse".-
En este proceso no se forma una capa superficial como en el caso del
pulido mecánico, ya que lo que se disuelve es el metal de base.-
El espesor de material disuelto varía entre 10 y 25 micrones, de acuerdo
con la intensidad de corriente utilizada y el tiempo de exposición.-
En lafig. nº 2se puede apreciar una microfotografía de
una superficie tratada conesmeril 180, aumentada 50
veces. En lafig. nº 3, la misma superficie, después deelectropulida.
Se ve claramente la acciónniveladoradescripta en el
esquema de lafig. nº 1
Lafig. nº 4es una microfotografía, con un aumento de 50
veces, de unasuperficie especularobtenida mediante un
tratamiento mecánico con cepillo y pasta de pulir. Se aprecian
claramente las pequeñascavidadesyrayascon
bordes agudos, que dificultarán posteriormente las acciones de limpieza.
En cambio, en lafig. nº 5, la misma superficie
electropulida muestra laausenciadehuecos con
bordes definidos. En este tipo de terminación no podrán
alojarse materiales extraños.-
Por lo tanto, unasuperficie plana electropulida, aunquebrillante,
no tendrá el aspectoespeculardel pulido mecánico. Sin
embargo, a nivelmicroscópico y sanitario, esmejor,
y el usuario deberá comprender que una superficie similar a la de un
espejo, no necesariamente implica que a nivel microscópico esté libre de
imperfecciones que pueden alojarcolonias de microorganismosy/o
iniciar procesos decorrosiónlocalizada.-
ALGUNAS VENTAJAS DEL ELECTROPULIDO
Enfocado alacero inoxidable, el uso de este proceso
permite obtener superficies lisas y brillantes, decondiciones
sanitarias, debido a la ausencia de rayaduras que impiden el
acceso a los productos de limpieza y se convierten en focos de
contaminación por microorganismos.-
Desde el punto de vistatécnicoyeconómico,
elpulido electroquímicopermite:
- tratarpiezas de forma irregulary de gran tamaño,
en un tiempo corto y con granahorro de mano de obra.-
- aumentarla resistencia a la corrosiónya que el
proceso permite eliminar las capas superficiales formadas por
labores de laminación y pulido, dejando sobre la superficie
terminada unacapa de óxidos de cromo y níquelextremadamente
delgada y transparente que le confiere una excelente pasividad en
relación con numerosos reactivos químicos.-
- eliminar lacoloracióndebida a procesos de
soldadura o calentamiento, ahorrándose el proceso manual de su
eliminación. Cabe señalar, sin embargo, que si se desea una
terminación uniforme, se debe realizar un decapado previo con eldesoxidante-pasivadorque
provee nuestra Empresa.-
- diminuir latendenciaen los líquidos y sólidos
aadherirsea la superficie, mejorando los aspectos
delimpiezayescurridode las mismas,
aspectos muy importantes en intercambiadores de calor, evaporadores,
etc.-
- pulirpiezasde formasintrincadas,en
las que el pulido mecánico resulta inaccesible. Esto es posible
lograrlo en un solo tratamiento, proporcionando un aspecto uniforme
en toda la superficie, lo cual sería difícil de lograr mediante
métodos convencionales.-
- disminuir eltiempoycostodel
pulido, debido a la posibilidad de automatización del proceso,
ahorro en insumos y mano de obra.-
APLICACIONES
De acuerdo con las características del proceso de electropulido
explicado anteriormente, algunos de los posiblesusuariosson:
- Industria alimenticia en general, fundamentalmente láctea,
cervecera, vitivinícola y frigorífica.-- Industrias químicas, del
plástico, mecánicas, fotográfica, textil y del cuero.-
- Fabricantes de instrumental quirúrgico y odontológico.-
- Fabricantes de máquinas y elementos para la industria
papelera.-
- Fabricantes de elementos ópticos, prótesis médicas, máquinas
envasadoras, accesorios marinos, herramientas de corte, etc.
En nuestra Empresa hemos pulido satisfactoriamente diversos elementos,
de los que se pueden dar como ejemplo y orientación:placasde
intercambiadores de calor,accesoriospara tuberías,rejillaspara
plataformas,liraspara tinas de quesería,tubos(interior
y exterior) desde 19 mm hasta 101 mm de diámetro y longitudes
(dependiendo del diámetro) de hasta 12.000 mm, cuerpos debombascentrífugas,serpentinaseintercambiadorespara
enfriadores de leche,válvulas, etc.-
Nuestra infraestructura nos permite tratar piezas de hasta 500 mm de
diámetro y 1500 mm de largo. A pedido del cliente se podría adecuar para
el tratamiento de elementos de hasta 4 m 2 de superficie.-
En
esta fotografía se puede apreciar acabadamente la diferencia entre un
intercambiador de calor utilizado en la industria lechera; sin pulir
(izquierda), y luego del proceso de electropulido (derecha). Este
elemento fue pulido en una sola operación, tanto en su exterior (que es
el que se ve en la fotografía), como en su interior. El tiempo de
exposición no supera los 20 minutos.-
Este tratamiento permitió a nuestro cliente el ahorro de costosas y
tediosas operaciones de pulido mecánico, con la consiguiente disminución
de sus costos. Además, dispone de su personal para tareas más
productivas, y puede contar con el intercambiador el mismo día que lo
entrega para ser procesado.-
Experiencias realizadas con cañerías fabricadas a partir de chapa con
acabado superficial 2B, luego de ser electropulidas interiormente,
permitieron determinar una rugosidad superficial de 0,15
m
RMS.-
CONCLUSIONES
El desarrollo delelectropulidocomo un método industrial
de acabado de superficies se debe aventajas técnicas y
económicas. Por ejemplo, se reducen las operaciones manuales
necesarias para pulir objetos de formas complejas, especialmente cuando
se trata de acero inoxidable, el cual es un material difícil de pulir
mecánicamente.-
Con el fin de producir losmejores resultados, el metal
debe serhomogéneoy libre dedefectos
superficiales. Los defectos, que normalmente se ocultan
mediante el pulido mecánico, se revelan; y aún más; se exageran por el
electropulido (p. ej. inclusiones, defectos de fundición, rayas, etc.).-
Eltamaño de granotambién influencia la calidad del
pulido. P. ej., con un material de grano grande, se obtiene una
superficie irregular. Los mejores resultados se obtienen con materiales
de grano fino producidos porlaminado en frío.-
Eltipo de acabadoproducido por el electropulido es
totalmentediferentedel que se produce por elpulido
mecánico, el cual produce unasuperficie especulardebido
a que"obliga"al material a presentar un plano uniforme
y refleja la luz en una sola dirección. En elelectropulido,
la superficie es diferente, ya que si bien está libre de rayaduras y
tensiones, presenta unaestructura tridimensionalque
refleja la luz en todas direcciones, lo cual le da un aspectosatinado.-
Recuerde que en la búsqueda de lacalidad sanitariadel
equipamiento paraindustrias alimenticiasdeben
prevalecer las razonestécnicassobre lasestéticas,
y elELECTROPULIDO ES LA RESPUESTA.-
ALGUNAS TABLAS ÚTILES
Conversión de Unidades
|
FACTORES DE CONVERSION
|
|
Para Convertir
|
Multiplicar por
|
| Acre a Metro Cuadrado |
4074 |
| Atmósfera a Kilogramo por centímetro cuadrado |
1.0333 |
| Atmósfera a Libra por pulgada cuadrada |
14.696 |
| Atmósfera a Milímetro de Mercurio |
760 |
| Atmósfera a Pascal (Newton por metro cuadrado) |
101325 |
| B.T.U. a Caloría |
252 |
| Bar a Newton por metro cuadrado |
1.00E+05 |
| Candela a Lumen |
12.556 |
| Centímetro a Angstrom |
1.00E+08 |
| Centímetro a Pulgada |
0.3937 |
| Dina a Newton |
1.00E-05 |
| Galón a Litro |
3.785 |
| Galón a Pie cúbico |
0.13368 |
| Grado a Radián |
0.017453 |
| Grado centígrado a Grado Fahrenheit |
(ºCx9/5)+32 |
| Grado Fahrenheit a Grado centígrado |
(ºF-32)x5/9 |
| HP (Británico) a Kilowatt |
0.7457 |
| Joule a Caloría |
0.2389 |
| Kilocaloría a Kilowatt-hora |
0.0011626 |
| Kilogramo a Libra |
2.2046 |
| Kilómetro a Milla |
0.6214 |
| Libra fuerza a Newton |
4.4482 |
| Libra por Pie cúbico a Kilogramo por metro cúbico |
16.018 |
| Libra por Pulgada cuadrada a Newton por metro cuadrado |
6894.8 |
| Litro a Pie cúbico |
0.03532 |
| Lumen a Watt |
0.001496 |
| Milla a Metro |
1609.3 |
| Milla náutica a Milla |
1.1516 |
| Newton a Kilogramo |
0.10197 |
| Nudo (milla náutica por hora) a Milla por hora |
1.1516 |
| Onza (avoirdupois) a Kilogramo |
0.02835 |
| Onza (avoirdupois) a Onza (troy) |
0.9115 |
| Pie a Metro |
0.3048 |
| Pie cúbico a litro |
28.316 |
| Pulgada a Milímetro |
25.4 |
| Yarda a Metro |
0.9144 |
Equivalencias entre Espesores
Referencias:
S.W.G.: Standard Wire Gauge;B.G.:Birmingham
Gauge;U.S.G.:United Standard Gauge
|
No.
|
S.W.G
pulgadas
|
mm
|
B.G.
pulgadas
|
mm
|
U.S.G.
pulgadas
|
mm
|
|
0/7
|
0.500
|
12.700
|
-
|
-
|
0.5000
|
12.70
|
|
0/6
|
0.464
|
11.785
|
-
|
-
|
0.4688
|
11.91
|
|
0/5
|
0.432
|
10.973
|
-
|
-
|
0.4375
|
11.11
|
|
0/4
|
0.400
|
10.160
|
-
|
-
|
0.4063
|
10.32
|
|
0/3
|
0.372
|
9.449
|
0.500
|
12.700
|
0.3750
|
9.53
|
|
0/2
|
0.348
|
8.839
|
0.445
|
11.308
|
0.3438
|
8.73
|
|
0
|
0.324
|
8.230
|
0.396
|
10.068
|
0.3125
|
7.94
|
|
1
|
0.300
|
7.620
|
0.353
|
8.971
|
0.2813
|
7.15
|
|
2
|
0.276
|
7.010
|
0.315
|
7.993
|
0.2656
|
6.75
|
|
3
|
0.252
|
6.401
|
0.280
|
7.122
|
0.2500
|
6.35
|
|
4
|
0.232
|
5.893
|
0.250
|
6.350
|
0.2344
|
5.95
|
|
5
|
0.212
|
5.385
|
0.223
|
5.651
|
0.2188
|
5.56
|
|
6
|
0.192
|
4.877
|
0.198
|
5.032
|
0.2031
|
5.16
|
|
7
|
0.176
|
4.470
|
0.178
|
4.480
|
0.1875
|
4.76
|
|
8
|
0.160
|
4.064
|
0.157
|
3.988
|
0.1719
|
4.37
|
|
9
|
0.144
|
3.658
|
0.140
|
3.551
|
0.1563
|
3.97
|
|
10
|
0.128
|
3.251
|
0.125
|
3.157
|
0.1406
|
3.57
|
|
11
|
0.116
|
2.946
|
0.111
|
2.827
|
0.1250
|
3.18
|
|
12
|
0.104
|
2.642
|
0.099
|
2.517
|
0.1094
|
2.78
|
|
13
|
0.092
|
2.337
|
0.083
|
2.240
|
0.0938
|
2.38
|
|
14
|
0.080
|
2.032
|
0.079
|
1.994
|
0.0781
|
1.98
|
|
15
|
0.072
|
1.829
|
0.070
|
1.773
|
0.0703
|
1.79
|
|
16
|
0.064
|
1.626
|
0.063
|
1.587
|
0.0625
|
1.59
|
|
17
|
0.056
|
1.422
|
0.056
|
1.412
|
0.0563
|
1.43
|
|
18
|
0.048
|
1.219
|
0.050
|
1.257
|
0.0500
|
1.27
|
|
19
|
0.040
|
1.016
|
0.0440
|
1.118
|
0.0438
|
1.11
|
|
20
|
0.036
|
0.914
|
0.0392
|
0.996
|
0.0375
|
0.953
|
|
21
|
0.032
|
0.813
|
0.0349
|
0.886
|
0.0344
|
0.873
|
|
22
|
0.028
|
0.711
|
0.0313
|
0.794
|
0.0313
|
0.794
|
|
23
|
0.024
|
0.610
|
0.0278
|
0.707
|
0.0281
|
0.714
|
|
24
|
0.022
|
0.559
|
0.2248
|
0.629
|
0.0250
|
0.635
|
|
25
|
0.020
|
0.508
|
0.0220
|
0.560
|
0.0219
|
0.556
|
|
26
|
0.0180
|
0.457
|
0.0196
|
0.498
|
0.0188
|
0.478
|
|
CONVERSION DE DUREZAS
Referencias:
HB:Dureza Brinell;HV:Dureza
Vickers;Hre:Dureza Rockwell E;Hrc:Dureza
Rockwell C
|
HB
|
HV
|
Hre
|
Hrc
|
HB
|
HV
|
Hre
|
Hrc
|
|
118
|
125
|
68.5
|
-
|
269
|
284
|
-
|
27.6
|
|
121
|
127
|
70.0
|
-
|
275
|
292
|
-
|
28.7
|
|
122
|
130
|
71.0
|
-
|
285
|
301
|
-
|
29.9
|
|
126
|
132
|
72.0
|
-
|
295
|
310
|
-
|
31.0
|
|
128
|
135
|
73.0
|
-
|
302
|
319
|
-
|
32.1
|
|
131
|
137
|
74.0
|
-
|
312
|
329
|
-
|
33.2
|
|
134
|
140
|
75.0
|
-
|
321
|
339
|
-
|
34.3
|
|
137
|
143
|
76.5
|
-
|
331
|
350
|
-
|
35.4
|
|
140
|
147
|
77.5
|
-
|
341
|
360
|
-
|
36.6
|
|
143
|
150
|
78.5
|
-
|
352
|
372
|
-
|
37.8
|
|
146
|
153
|
79.5
|
-
|
363
|
383
|
-
|
39.1
|
|
149
|
156
|
81.0
|
-
|
375
|
396
|
-
|
40.4
|
|
152
|
159
|
82.0
|
-
|
388
|
410
|
-
|
41.8
|
|
156
|
163
|
83.0
|
-
|
402
|
425
|
-
|
43.1
|
|
159
|
167
|
84.0
|
-
|
415
|
440
|
-
|
44.5
|
|
163
|
171
|
85.0
|
-
|
430
|
457
|
-
|
45.8
|
|
166
|
175
|
86.0
|
-
|
444
|
474
|
-
|
47.2
|
|
170
|
178
|
87.0
|
-
|
-
|
495
|
-
|
48.7
|
|
175
|
183
|
88.0
|
-
|
-
|
516
|
-
|
50.3
|
|
179
|
188
|
89.0
|
-
|
-
|
535
|
-
|
51.4
|
|
183
|
192
|
90.0
|
-
|
-
|
553
|
-
|
52.5
|
|
187
|
196
|
90.5
|
-
|
-
|
560
|
-
|
53.0
|
|
192
|
202
|
91.5
|
-
|
-
|
577
|
-
|
54.0
|
|
197
|
207
|
93.0
|
-
|
-
|
595
|
-
|
55.0
|
|
202
|
212
|
93.5
|
-
|
-
|
613
|
-
|
56.0
|
|
207
|
218
|
94.5
|
-
|
-
|
633
|
-
|
57.0
|
|
212
|
222
|
95.5
|
-
|
-
|
653
|
-
|
58.0
|
|
217
|
228
|
96.5
|
-
|
-
|
674
|
-
|
59.0
|
|
229
|
234
|
97.5
|
19.0
|
-
|
697
|
-
|
60.0
|
|
229
|
241
|
98.0
|
20.5
|
-
|
720
|
-
|
61.0
|
|
235
|
247
|
99.0
|
21.6
|
-
|
746
|
-
|
62.0
|
|
241
|
253
|
100.0
|
22.8
|
-
|
772
|
-
|
63.0
|
|
248
|
261
|
101.0
|
24.1
|
-
|
800
|
-
|
64.0
|
|
255
|
269
|
-
|
25.4
|
-
|
832
|
-
|
65.0
|
|
262
|
276
|
-
|
26.5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
LIMPIEZA DE LAS SUPERFICIES DE ACERO INOXIDABLE
INTRODUCCIÓN
El acero inoxidable es un material de elección para las industrias
alimenticias, farmacéuticas y biotecnológicas, especialmente para las
superficies en contacto con los productos. Sin embargo, para lograr
todas las ventajas de sus excelentes propiedades, la superficie debe
estar libre de depósitos contaminantes y materiales extraños, que se
pueden eliminar reconociendo sus fuentes y realizando buenos
procedimientos de limpieza.
LIMPIEZA DE LA SUPERFICIE
Los fabricantes de productos de acero inoxidable (chapas, barras,
productos de fundición, etc.), realizan grandes esfuerzos para despachar
sus productos con una buena terminación superficial.
Sin embargo, durante el transporte, o a medida que se van construyendo
los equipos de proceso, y durante su uso, las superficies se ensucian
con muchos tipos de materias extrañas y perjudiciales. Para que el acero
inoxidable tenga un buen desempeño se debe eliminar toda esta
contaminación. En latabla Ise resumen todos estos
defectos y la manera de eliminarlos
Tabla I. Defectos superficiales y técnicas para su
eliminación
|
Defecto
|
Técnica para eliminarlo
|
| Polvo y suciedad |
Lavar con agua y/o detergente. Si es
necesario, hacerlo con agua a presión o vapor
|
| Inclusiones de partículas de hierro |
Tratar la superficie con solución de ácido nítrico al 20%.
Lavar con agua limpia. Confirmar la eliminación con el test
del ferroxilo. Si el hierro está aún presente, utilizar una
solución de acido nitrico (10%) y ácido fluorhídrico (2%).
Lavar con agua limpia. Confirmar nuevamente con el test de
ferroxilo. Repetir si es necesario. Eliminar todas las
trazas del test del ferroxilo con agua limpia o ácido
nítrico o acético diluídos. |
| Rasguños, manchas de calentamiento |
Pulir la superficie con un abrasivo fino. Decapar la
superficie con una solución de ácido nítrico al 10% y ácido
fluorhídrico al 2% hasta eliminar todas las trazas. Lavar
con agua limpia o electropulir |
| Areas oxidadas |
Tratar la superficie con una solución de acido nítrico al
20%. Confirmar la eliminación del óxido con el test del
ferroxilo. Lavar con agua limpia o ácidos nítrico o acético
diluídos |
| Rugosidades |
Pulir con un abrasivo de grano fino |
| Marcas de electrodos |
Eliminar mediante pulido con abrasivo de grano fino, o
soldar encima si está en la línea de la soldadura |
| Salpicaduras de soldadura |
Prevenirlas mediante la utilización de una película adhesiva
a los costados del cordón de soldadura, o eliminarlas
utilizando un abrasivo de grano fino |
| Marcas de decapante de soldadura |
Eliminar mediante abrasivo de grano fino |
| Defectos de soldadura |
Si es inaceptable, eliminar con amoladora y volver a soldar |
| Aceite y grasa |
Eliminar con solventes o limpiadores alcalinos |
| Residuos de adhesivos |
Eliminar con solventes o mediante pulido con abrasivo de
grano fino |
| Pintura, tiza y crayon |
Lavar con agua limpia y/o limpiadores alcalinos |
| Productos de proceso |
Lavar con agua limpia o vapor, o disolver mediante solvente
adecuado |
| Depósitos coloreados |
Disolver con ácidos nítrico, fosfórico o acético al 10-15 %.
Lavar con agua limpia |
LIMPIEZA
LA NATURALEZA DE LA SUPERFICIE DEL ACERO INOXIDABLE
Cuando el acero inoxidable se saca del baño ácido y se enjuaga con agua
en la usina siderúrgica, una fina capa de óxido adherente se forma
intantáneamente(fig. 1).Esta capa transparente, con un
espesor típico de 8 a 10 Angstroms (1 Angstrom = 10-8 cm), está formada
principalmente por óxidos de cromo y también contiene hierro y níquel.
Cuando está limpia y adecuadamente formada, es bastante inerte bajo la
mayoría de las condiciones. En este estado, se dice que el acero
inoxidable está en estado "pasivo". Los subsiguientes tratamientos de
"pasivación" son principalmentes tratamientos de limpieza que no inducen
la pasividad, pero reparan los defectos en la superficie y eliminan las
sustancias que pueden dañar la película superficial.
Esta película, aunque muy fina, es extremadamente durable y se mantiene
continuamente en el aire u otro ambiente oxidante, tales como agua
aereada o ácido nítrico. Cuando se produce un daño en este tipo de
medio, la pelicula se repara automáticamente. Hay muy pequeña diferencia
en la composición y propiedades de la película pasiva entre los
diferentes tipos de acero inoxidable, aunque ciertas adiciones a la
aleación tales como molibdeno pueden estabilizar el óxido y aumentar la
resistencia a la corrosión.
Figura 1 – Vista en corte de una superficie de acero
inoxidable
DAÑO SUPERFICIAL Y MATERIA EXTRAÑA INTRODUCIDA DURANTE LA
FABRICACIÓN
Durante la fabricación de un equipo se pueden producir daños a la
superficie, defectos, e introducir sustancias tales como polvo,
suciedad, partículas de hierro, marcas por calentamiento y por desbaste,
manchas de óxido, marcas de electrodos y salpicaduras de la soldadura,
manchas de decapantes, aceites y grasas, soldaduras defectuosas,
pinturas y adhesivos residuales, marcas de tiza, crayones, etc.
Algunos de éstos se pueden observar en laFigura 2. La
mayoría no son intencionales y se producen debido a la ignorancia de sus
efectos perniciosos; sin embargo, son potencialmente peligrosos para la
película de óxido protectora. Una vez que se daña, el acero inoxidable
que se encuentra debajo se debilita o se altera y puede comenzar la
corrosión
Figura 2 – Tipos de defectos superficiales
Normalmente, la corrosión no ocurrirá en toda la superficie, sino sobre
el defecto, o adyacente a él. Ese ataque localizado se hará normalmente
por corrosión por picado o en rendijas. Ambos pueden ser muy profundos
y/o extensos cuando ocurren, mientras el resto de la superficie
permanece intacta(fig. 3 y 4).Se discutirá a
continuación cada uno de estos problemas.
Figura 3 – Corrosion por picado
Figura 4 – Corrosión por rendija
Polvo y Suciedad: La fabricación se realiza a menudo en
lugares polvorientos, y estas pequeñas partículas se adhieren a la
superficie de los equipos. Normalmente se pueden eliminar por lavado con
agua o limpiadores alcalinos. Sin embargo, los depósitos tenaces pueden
requerir de agua a alta presión o limpieza con vapor.
Partículas de hierro sueltas o incrustadas:Sobre
cualquier superficie, partículas de hierro sueltas se pueden oxidar e
iniciar procesos de corrosión en el acero inoxidable. Por lo tanto,
deben ser eliminadas.
Las partículas sueltas normalmente se eliminan junto con el polvo y la
suciedad. Las partículas de hierro incrustadas pueden provenir de
numerosas fuentes. El cepillado con cepillos de acero común, blastinado
con arena o esferas de vidrio u otros abrasivos que hayan sido
previamente usados sobre acero, hierro o fundición, o simplemente por
blastinar estos metales en las cercanías de partes o equipos de acero
inoxidable. Las partículas de hierro se incrustan fácilmente en las
superficies durante las labores de montaje o traslado, a menos que estén
debidamente protegidas.
Las tareas de inspección pueden prevenir y detectar la presencia de
partículas de hierro. La norma ASTM A380 describe el test del ferroxilo
para encontrar partículas de hierro o acero en la superficie de los
aceros inoxidables. Se deberá utiizar cuando se requiera una máxima
garantía de la ausencia de partículas de hierro. Si
resulta un test positivo, las superficies deberán ser escrupulosamente
lavadas con agua corriente o ácido nítrico hasta que desaparezca el
intenso color azul que denota la presencia de partículas de hierro. Como
se hace notar en la norma ASTM A380, este test no se recomienda para ser
aplicado a las superficies de equipos que elaboren productos para
consumo humano, a menos que todas las trazas de la solución empleada
para el test del ferroxilo sean totalmente eliminadas. Un test más
simple consiste en exponer la superficie al agua durante 12 a 24 horas,
para ver si aparecen manchas de óxido. Este test es menos sensible, y
por supuesto, demanda más tiempo. Se debe recordar que éstos son tests
para detección y no para eliminación de partículas de hierro. Se deben
usar los métodos químicos y electroquímicos que se describen más
adelante.
Rasguños: Los rasguños y otras asperezas se deben
eliminar mecánicamente para prevenir la inclusión de reactivos o
productos del proceso y/o contaminantes. Por detalles, ver la sección de
métodos de limpieza mecánica.
Manchas de soldadura: si una superficie de acero
inoxidable se calienta a una temperatura moderadamente alta en presencia
del aire durante la soldadura o la limpieza con amoladora, se desarrolla
un tinte oscuro de óxido de cromo a ambos lados y debajo de la soldadura(fig.
5).
Figura 5 – Corte de una sección de soldadura
El espesor de estas capas es mayor que la película protectiva de óxido y
muy visible. Su color depende de su espesor y varía desde los rojos,
azules y violetas iridiscentes al marrón. Los óxidos más gruesos
generalmente son negros. Esto es el resultado de altas temperaturas o
temeraturas moderadas durante un tiempo prolongado. Cuando ocurre
cualquiera de estas oxidaciones, el contenido de cromo de la superficie
metálica se reduce, resultando áreas de menor resistencia a la
corrosión. Por lo tanto, no sólo se debe eliminar el tinte de la
soldadura, sino la capa metálica con menor contenido de cromo.
Areas oxidadas: A menudo se ven áreas oxidadas en los
productos o equipos de acero inoxidable antes o durante la fabricación.
Normalmente, esto es un síntoma de una superficie contaminada. Las áreas
oxidadas deben ser eliminadas antes de poner el equipo en servicio. Se
deban usar los tests del ferroxilo o del agua para confirmar que las
superficies han sido limpiadas completamente.
Desbaste y maquinado: ambas operaciones dejan una
superficie áspera que puede incluir surcos, solapamientos y rebabas.
Cada una de ellas puede también deformar el metal hasta una profundidad
tal que el metal dañado no pueda ser eliminado por el decapado,
electropulido o blastinado. La superficie áspera puede actuar como un
sitio para que se inicie la corrosión o queden atrapados productos. El
pulido con abrasivos gruesos debería limitarse a aquellas operaciones
tales como eliminación de defectos de soldadura antes de volver a
soldar, o eliminación de refuerzos excesivos de soldadura. En el último
caso, se sugiere un posterior pulido con abrasivo más fino.
Marcas de soldadura de arco: Cuando el soldador
enciende el arco en la superficie metálica, se forma un defecto
importante. La película protectora ha sido dañada y se ha creado un
sitio potencial para el desarrollo de la corrosión. El soldador debería
iniciar el arco sobre la soldadura anterior o bien adelante del cordón
de soldadura, y luego soldar sobre la marca.
Salpicaduras de soldadura: La tendencia de la soldadura
a producir salpicaduras varía con el proceso de soldar. Por ejemplo, la
soldadura TIG está bastante libre de salpicaduras, mientras que la
soldadura con electrodos tiende a producir salpicaduras si las
condiciones de trabajo no son las adecuadas. Es aconsejable recubrir la
zona adyacente al cordón de soldadura con una lámina autoadhesiva que
luego puede ser fácilmente removida sin daño para la superficie.
Manchas de decapante de soldadura: Los procesos que
utilizan un decapante, tales como la soldadura por arco, o por arco
sumergido, pueden dejar pequeñas partículas de decapante que no se
eliminan con una limpieza normal. Estas partículas crean sitios para la
iniciación de la corrosión por rendijas. Es necesario una técnica de
limpieza mecánica.
Defectos de soldadura: tales como penetración
incompleta, porosidad y rajaduras no sólo reducen la integridad de la
soldadura, sino que también actúan favoreciendo la corrosión por
rendijas. Durante el proceso de limpieza del equipo en operación,
presentan problemas de retención de sólidos. Estos defectos pueden ser
reparados rehaciendo la soldadura o bien por una combinación de amolado
y reconstrucción de la soldadura.
Aceite y grasa: La materia orgánica, tal como el
aceite, grasa y aún la marca de los dedos, producen sitios donde puede
comenzar una corrosión localizada. Además, estas sustancias pueden
actuar interfiriendo con los procesos de limpieza química o
electroquímica, y deben ser completamente removidos. La norma ASTM A380
detalla un test simple para detectar la contaminación por sustancia
orgánica. Se realiza dejando caer agua por la superficie colocada en
forma vertical. En las zonas contaminadas por materia orgánica, la
película de agua se rompe, permitiendo su detección. Los aceites y
grasas se pueden eliminar con solventes adecuados o con lavados con
sustancias alcalinas.
Residuos de adhesivos: los residuos de cintas o papeles
protectores a menudo permanecen sobre las superficies aún cuando sean
arrancados. Si las partículas de adhesivo están todavía blandas, se
pueden eliminar mediante solventes. Sin embargo, cuando estas partículas
han sido sometidas a la acción de la luz y/o el aire, se endurecen y
forman sitios para la corrosión por rendijas. Se necesita entonces una
limpieza mecánica con un abrasivo fino.
Marcas de pintura, tiza y crayon: Los efectos que
producen estos contaminantes son similares a los del aceite y la grasa.
Se necesita una limpieza con cepillo, bien con agua o con algún producto
alcalino. También se puede utilizar agua a presión o vapor.
DEFECTOS SUPERFICIALES CAUSADOS POR LA ESTRUCTURA METALICA
Las imperfecciones superficiales discutidas hasta ahora han sido
causadas por eventos debidos a acciones externas, no por el acero
inoxidable en sí. Hay defectos que se pueden atribuir a la estructura
metálica. Debido a la forma en que los metales se funden y cuelan antes
del proceso de forja o laminación, la mayoría de las aleaciones,
incluída el acero inoxidable contienen inclusiones sólidas no metálicas.
Otras sustancias también pueden ser incluídas dentro del metal en las
operaciones de forjado, especialmente sulfuros, que desarrollan sitios
donde puede tener lugar la corrosión por picado. Normalmente, estas
inclusiones se remueven durante el decapado ácido, pero en algunos
casos, cuando el azufre se agrega para mejorar la maquinabilidad,
permanece una cantidad de partículas suficiente como para ocasionar
problemas.
Para minimizar la ocurrencia de defectos atribuibles a la usina
siderúrgica, el fabricante de equipos debería inspeccionar visualmente
la superficie del material recibido como así también las de los
productos terminados. El comprador del equipo también debería hacer una
inspección similar. Los defectos menores u ocasionales generalmente se
pueden eliminar mediante un pulido con abrasivo de grano fino. Los
defectos relacionados con el azufre se encuentran generalmente con el
tipo AISI 303, un grado de acero inoxidable de fácil maquinabilidad
normalmente suministrado como barras.
DEFECTOS SUPERFICIALES Y COLORACIONES DEBIDAS A CONDICIONES DE
PROCESO U OTRAS FUENTES
Los depósitos secos de productos son ejemplos de contaminación de la
superficie durante el proceso. En las industrias alimenticias, de
bebidas y farmacéuticas, comúnmente los equipos tienen múltiples usos.
Estos necesitan una limpieza frecuente entre procesos. Algunas veces la
limpieza es incompleta y quedan productos del primer proceso. Estos
pueden actuar como sitios para la corrosión por picado o por rendijas.
Se necesita una limpieza profunda de todas las superficies.
Bajo ciertas condiciones no bien comprendidas, pero usualmente en
procesos en los que se maneja agua de alta pureza, a alta temperatura o
con vapor, se desarrollan depósitos coloreados. Muchas veces no se sabe
cómo se forman. Algunos son pulverulentos y otros están firmemente
adheridos a la superficie, y los colores son muy variables. Normalmente
son rojos a anaranjados, aunque también pueden ser negros, grises,
púrpuras, azules, y aún hasta amarillo-verdosos. Se supone que se debe a
alguna forma de óxido de hierro hidratado.
La fuente del material que produce estos depósitos generalmente es
desconocida. Este fenómeno no aparece al comienzo del funcionamiento del
equipo, sino después de algunos días o incluso años. A veces aparece en
toda la superficie y otras en lugares específicos. Aparentemente, la
corrosión del propio equipo no es la responsable, sino que se origina en
equipos de acero o de acero inoxidable de bajo cromo, tales como
generadores de vapor o cañerías, ubicados corriente arriba del proceso.
Algunos piensan que proviene de impurezas del pulido y suciedades de
soldaduras de áreas no limpiadas convenientemente. También se ha
sugerido que proviene del agua de alimentación. Cualquiera que fuera la
fuente, parece ser que el material que contiene hierro se disuelve y se
transporta como iones o coloides hasta el lugar donde las condiciones
son apropiadas para la precipitación.
Cualquiera fuera la razón de este fenómeno, son contaminantes que no
pueden ser tolerados en sistemas sanitarios. Las partículas pueden
desprenderse de las superficies y contaminar a los productos. Estas
mismas partículas pueden tapar filtros o iniciar procesos de corrosión
localizada. Cuando se encuentra, debe ser eliminado inmediatamente.
Estos depósitos se pueden detectar pasando un paño limpio sobre la
superficie. Una mancha coloreada aparecerá sobre el paño. Para la
limpieza se pueden usar satisfactoriamente soluciones moderadamente
concentradas de ácido nítrico, fosfórico, cítrico u oxálico. Se ha
ensayado el ácido clorhídrico inhibido con y sin cloruro férrico, pero
siempre existe el riesgo de corrosión del acero inoxidable con este
ácido.
Dado que la formación de este tipo de depósitos es un fenómeno
recurrente, se requiere una limpieza ácida cada vez que se encuentra.
ELIMINACION DE LA CONTAMINACION SUPERFICIAL: LIMPIEZA MECANICA
Las técnicas de limpieza mecánica tales como blastinado con partículas
abrasivas, limpieza con cepillos y pulido, son muy usadas. Sin embargo,
se debe tener mucho cuidado cuando se emplean estos métodos. Para el
blastinado se debe usar un abrasivo limpio, libre de carbón o de
partículas de hierro o acero. Las esferas de vidrio son efectivas, al
igual que pedazos de cáscara de nuez. Estos medios tienen la ventaja de
que no aumentan excesivamente la rugosidad de la superficie, como lo
hacen la arena u otras partículas más duras. La limpieza con cepillo se
debe hacer solamente con cepillos hechos con alambres de acero
inoxidable, y no deben ser nunca usados con cualquier otro material que
no sea acero inoxidable.
Los discos abrasivos y las poleas con abrasivos son elementos que se
usan comúnmente para eliminar la coloración de la soldadura y otras
imperfecciones menores de la superficie. Se debe tener cuidado, ya que,
como en otras operaciones de pulido, estos tratamientos pueden afectar a
la superficie en su resistencia a la corrosión.
El pulido con poleas de grano grueso deforma y cambia la superficie en
mayor grado que las técnicas ya discutidas. El pulido profundo debería
ser utilizado solamente para preparar superficies para soldar o para
eliminar imperfecciones de la soldadura antes de volver a soldar. Este
pulido puede afectar de gran manera la microestructura de la superficie
metálica. Aunque esto no afecte la resistencia a la corrosión, se crean
grandes tensiones y es probable que la superficie se fisure. Cuando sea
práctico, el esmerilado debería limitarse a discos abrasivos y ruedas
flap en lugar de piedras de amolar. Las superficies fuertemente
trabajadas se deben eliminar mediante los métodos químicos y
electroquímicos que se describen a posteriori.
ELIMINACION DE LA CONTAMINACION SUPERFICIAL: LIMPIEZA QUIMICA Y
ELECTROQUIMICA
Las incrustaciones de hierro, las coloraciones de soldaduras, la capa
reducida en cromo que se encuentra debajo de los óxidos y coloraciones
de soldadura, las capas superficiales alteradas por tratamiento mecánico
y de pulido, y las inclusiones de sulfuro; se pueden eliminar mediante
un tratamiento ácido, disolución electroquímica o pulido. Estos procesos
remueven de manera controlada las áreas afectadas, resultando una
superficie perfectamente limpia y libre de defectos. La película
protectora se forma después de la exposición al aire, agua aereada o
ácido nítrico.
La norma ASTM A380 da una serie de soluciones para limpieza química y
tratamiento ácido. Las más comunes son aquellas que contienen ácido
nítrico con una concentración de alrededor del 20%, que son muy buenas
para remover manchas y partículas de hierro. Sin embargo, para eliminar
la coloración y los óxidos de soldadura se sugiere una solución de ácido
nítrico al 10% con 2% de ácido fluorhídrico. La adición de ácido
fluorhídrico es esencial, ya que sin él el acero inoxidable no se corroe
y no se pueden eliminar las zonas con bajo contenido de cromo. El
tratamiento se realiza generalmente por inmersión o por lavado del
equipo con la solución ácida apropiada. Cuando el equipo no se puede
tratar por inmersión, se pueden utilizar pastas que se aplican con
pincel o rodillo y se lavan con agua una vez que hayan actuado. Dado que
estos tipos de tratamientos incrementan la rugosidad de la superficie,
se debe controlar cuidadosamente el proceso. Obviamente, estos procesos
cambian la apariencia superficial, pero generalmente no de una manera
inaceptable.
En la limpieza electroquímica o electropulido, la superficie del acero
inoxidable se remueve a través de la aplicación de una corriente
eléctrica continua en un electrolito apropiado. La profundidad del metal
removido se puede controlar muy bien. A diferencia del tratamiento
ácido, que tiende a aumentar la rugosidad de la superficie, el
electropulido tiende a alisarla, eliminando irregularidades y muchos
defectos. A veces, para lograr la rugosidad superficial requerida, se
necesita una combinación de pulido mecánico seguido por un
electropulido. En la etapa de pulido mecánico, pueden quedar atrapadas
partículas en la superficie, que son eliminadas en la etapa de pulido
electrolítico, previniendo futuros problemas. Hay muchas afirmaciones
que la menor rugosidad superficial obtenida por el electropulido
incrementa la resistencia a la corrosión, pero la experiencia
normalmente muestra que es más importante la limpieza que la rugosidad
superficial. También es cierto que las superficies tratadas
electroquímicamente son mucho más fáciles de limpiar, lo cual aumenta la
resistencia a la corrosión. La limpieza y pulido electroquímico
normalmente son realizados por inmersión, lo cual no es siempre posible
con equipos grandes o de forma complicada. Si ese fuera el caso, se
pueden utilizar instrumentos manuales como el que se muestra en laFigura
6, para tratar áreas localizadas.
Figura 6 – Herramienta manual para electropulido
PASIVACION
Ya se han mencionado los procedimientos para pasivar el acero
inoxidable. La norma ASTM A380 describe un número de soluciones y
métodos para pasivado. Se acepta generalmente que no son más que
moderadas técnicas de limpieza. Si incrementan la resistencia a la
corrosión de manera significativa, es algo que está en discusión. Pueden
ayudar a reparar, pero no cambian significativamente a la película
protectora de óxido, ni remueven ninguna cantidad sustancial de defectos
superficiales. A menudo eliminan materiales solubles y partículas
metálicas adheridas a las superficies maquinadas o sucias del acero
inoxidable.
LIMPIEZA DE LOS EQUIPOS DE ACERO INOXIDABLE
Como se mencionó anteriormente, muchos de los defectos superficiales se
introducen durante la fabricación y manejo de los materiales y equipo. A
través de la insistencia en procedimientos e inspecciones adecuados, se
pueden evitar muchos problemas asociados con la falta de cuidados y
errores de fabricación.
Se sugieren las siguientes especificaciones para agregar a las órdenes
de compra:
1 – Todas las superficies que estarán en contacto con los productos del
proceso deberán estar libres de aceite, grasa, marcas de dedos,
crayones, tintas, pinturas, cintas, y otras sustancias que contengan
material orgánico. Se requerirá el test previsto por la norma ASTM A380.
2 – Todas las superficies deberán estar libres de contaminación por
hierro. Se requerirán los tests del agua y del ferroxilo estipulados en
la norma ASTM A380.
3 – Todas las soldaduras deberán estar libres de coloración y otras
oxidaciones, salpicaduras, marcas de electrodos, decapantes y zonas
manchadas por cepillado y pulido. Si la inspección visual revela estos
defectos, se requerirá el tratamiento mecánico, quimico y/o
electroquímico adecuado.
4 – Todos los defectos de soldadura tales como penetración incompleta,
fusión incompleta y rajaduras, deberán ser reparadas desbastando y
volviendo a soldar.
5 – Se requerirá que todas las aberturas sean cerradas después que se
hayan realizado los procedimientos de limpieza. Todas las tapas deberán
parmanecer en posición hasta en ensamblado final y durante el
transporte.
6 – El equipamiento será inspeccionado en el establecimiento del
fabricante, antes del embarque, para dar cumplimiento a los puntos 1, 2,
3, 4 y 5.
CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA LAS PLANCHAS, CAÑOS , TUBOS Y
PRODUCTOS DE FUNDICION
Estos productos presentan problemas especiales cuando la calidad de la
superficie es importante. Se hará un breve comentario sobre cada uno de
ellos:
1 –Planchas: se considera plancha al material que tiene
más de 5 mm. de espesor. Aunque se suministran normalmente laminadas en
caliente y decapadas, la norma ASTM A480/A480M describe cinco
terminaciones superficiales. La terminación superficial nº 4, que se
produce mediante pulido con abrasivo grano 150, es adecuada para
servicio sanitario. Las otras son normalmente demasiado rugosas. También
pueden contener rajaduras y otros defectos que pueden ser iniciadores de
procesos de corrosión.
2 –Tubos y Caños: los productos tubulares soldados con
espesores de pared de 5 mm. o menos se hacen a partir de cintas. La
calidad de la superficie original de estos productos normalmente es
bastante brillosa y suave. La norma ASTM A270 se utiliza ampliamente
cuando la facilidad de limpieza es un requerimiento. Los tubos hechos de
acuerdo con la ASTM A270 están disponibles con la superficie esmerilada,
pulida o electropulida. Los productos tubulares hechos de acuerdo con
las otras especificaciones ASTM tales como la A312/A312M, tienen la
mayor de las veces la superficie decapada. Los tubos de paredes más
gruesas están hechos a partir de planchas, y tienen la misma terminación
superficial. Se deberá especificar una terminación nº 4 cuando se los
utilice en un servicio sanitario.
Cuando los productos tubulares y otros componentes estén unidos por
soldadura, es esencial que las superficies interiores estén libres de
coloraciones antes de que el equipo se ponga en servicio. Se puede usar
un decapado cuidadosamente controlado para eliminar estos óxidos.
Algunos fabricantes producen tubos con las superficies interiores
electropulidas después de la soldadura. La soldadura orbital automática
es una excelente técnica que produce una soldadura lisa esencialmente
libre de coloración.
3 –Barras: para mejorar la maquinabilidad, muchos
productos redondos de acero inoxidable se hacen con aleaciones
especiales de alto contenido de azufre, tal como la AISI 303. Esto
conduce a un incremento en el número de inclusiones globulares de
sulfuros, que son estiradas a medida que se forma la barra. Debido a su
longitud, es probable que las inclusiones no sean completamente
eliminadas por el decapado, especialmente en los extremos. También las
partes maquinadas a menudo no son sometidas a un decapado como
tratamiento estándar. Esto puede conducir a problemas mayores, debido a
que los sulfuros expuestos pueden actuar como sitios donde comienza el
picado. Probablemente, la mejor práctica sea utilizar solamente las
aleaciones con bajo contenido de azufre y aceptar el incremento en los
costos de maquinado.
4 –Fundiciones: la mayoría de las aleaciones comunes de
acero inoxidable pueden ser fundidas, y su resistencia a la corrosión es
similar. La mayor diferencia en el uso de elementos fundidos es que
normalmente tienen superficies más rugosas y porosas que los productos
forjados. También tienen más trabajo de esmerilado y reparaciones por
soldadura. Es importante que los usuarios de productos fundidos insistan
en la buena calidad de las fundiciones, y demanden los mismos
procedimientos de limpieza que los que se usan en el equipamiento
fabricado con productos forjados.
LIMPIEZA DE LOS EQUIPOS ANTES DE LA INSTALACION Y PUESTA EN
MARCHA
A menudo los equipos se ensucian y contaminan durante la instalación y
operación. Se deben eliminar los precipitados, productos depositados,
polvo y suciedad, y otros materiales adheridos a la superficie.
Normalmente los procedimientos de limpieza de los equipos en
funcionamiento incluyen todos o alguno de los siguientes procedimientos:
1 – desagotado y enjuagado con agua limpia
2 – lavado con agua a alta presión
3 – inyección de vapor a baja y/o alta presión
4 – lavado con solventes o álcalis para eliminar aceites, grasas y otras
sustancias orgánicas. Si se usan limpiadores alcalinos, debe ser seguido
por un lavado con agua limpia.
5 – lavado con ácidos, seguido por un enjuague con agua limpia. Si se
usa ácido clorhídrico, se debe tenr un cuidado extremo, debido a que los
cloruros residuales pueden promover la corrosión por picado, por
rendijas y por fatiga.
SUMARIO
1 – los aceros inoxidables forman una película autoprotectora estable
cuando son expuestos al aire y/o agua aereada. No es necesario utilizar
tratamientos pasivantes para obtener la máxima resistencia a la
corrosión.
2 – las operaciones de fabricación frecuentemente dañan y contaminan las
superficies de acero inoxidable. Cuando esto ocurre, la superficie se
debe limpiar mediante técnicas mecánicas, químicas y/o electroquímicas.
Después de la limpieza por estos métodos, la película protectora se
volverá a formar espontáneamente.
3 – el maquinado y el esmerilado grueso generalmente dejan inclusiones
en la superficie. Estas deben ser eliminadas por procedimientos químicos
o electroquímicos.
4 – las coloraciones y óxidos de soldadura se deben prevenir o eliminar
mecánica, química y/o electroquímicamente.
5 – los defectos de las soldaduras se deben reparar mediante esmerilado
y reparacion de la soldadura.
6 – las superficies después de decapadas son más rugosas que después de
electropulidas.
7 – el decapado y electropulido normalmente se realizan mediante
inmersión. Sin embargo, se pueden usar pastas para decapado y elementos
mecánicos manuales para el electropulido.
8 – para asegurar buenas superficies, es necesaria una atención especial
durante la obtención de los productos tubulares o planos.
9 – debido a la rugosidad inherente de las fundiciones, se necesitan
cuidados y procedimientos especiales para su limpieza.
10 – para asegurar una limpieza satisfactoria de las superficies, se
deben incluir los procedimientos y especificaciones en las órdenes de
compra. Se recomienda una inspección in situ antes del embarque.
COMPOSICIÓN
Composición Química (%) de los Aceros Inoxidables Austeníticos y
Aleaciones de Níquel.Descargar
equipos
para industria química y petroquímica
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