Corrosión Bajo Tensión

Introducción a la corrosión bajo tensión: Definición, mecanismos y tipos

La corrosión bajo tensión es un proceso de deterioro de los materiales que ocurre cuando están sometidos a una tensión mecánica constante o cíclica, en presencia de un medio corrosivo. Este tipo de corrosión es especialmente problemático, ya que puede causar fallos catastróficos en los materiales y estructuras, incluso cuando están expuestos a ambientes corrosivos relativamente benignos.

Los mecanismos de corrosión bajo tensión son complejos y dependen del tipo de material, el medio corrosivo y las condiciones de carga. Sin embargo, hay dos mecanismos principales que se han identificado:

• Corrosión electroquímica bajo tensión: Este mecanismo implica la disolución electroquímica del material en presencia de un medio corrosivo y una tensión aplicada. La tensión puede acelerar la velocidad de corrosión al facilitar la difusión de especies corrosivas a través de la capa de óxido o película pasiva que normalmente protege al material de la corrosión.
• Corrosión asistida por hidrógeno bajo tensión: Este mecanismo implica la absorción de hidrógeno atómico en el material en presencia de un medio corrosivo y una tensión aplicada. El hidrógeno absorbido puede debilitar la estructura del material al inducir fragilización, lo que puede conducir a la fractura del material bajo carga.

Existen varios tipos de corrosión bajo tensión, que se clasifican según el tipo de material y el medio corrosivo involucrado:

• Corrosión bajo tensión en metales: Este tipo de corrosión puede ocurrir en una amplia gama de metales, incluyendo aceros inoxidables, aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio y aleaciones de níquel, entre otros. El medio corrosivo puede ser líquido o gaseoso, como por ejemplo agua salada, ácido sulfhídrico o amoníaco.
• Corrosión bajo tensión en polímeros: Aunque los polímeros son menos propensos a la corrosión que los metales, también pueden experimentar corrosión bajo tensión en presencia de medios corrosivos adecuados y tensión aplicada. Este tipo de corrosión es común en polímeros expuestos a ambientes químicos agresivos, como ácidos y solventes orgánicos.
• Corrosión bajo tensión en cerámicos: Los cerámicos son materiales muy resistentes a la corrosión, pero aún pueden sufrir corrosión bajo tensión en condiciones extremas, como altas temperaturas y ambientes altamente corrosivos.

La comprensión de los mecanismos y tipos de corrosión bajo tensión es crucial en la selección de materiales y el diseño de estructuras para evitar fallos prematuros debido a este tipo de corrosión. Se requiere un enfoque integral que incluya la selección adecuada de materiales, el control de las condiciones de carga y ambiente, y la implementación de medidas de protección contra la corrosión para prevenir la corrosión bajo tensión y garantizar la integridad y durabilidad de los materiales y estructuras.

Factores que influyen en la corrosión bajo tensión

Varios factores pueden influir en la corrosión bajo tensión, y es importante tener en cuenta estos factores al analizar y prevenir la corrosión bajo tensión en materiales y estructuras. Algunos de los principales factores que influyen en la corrosión bajo tensión son:

• Medio corrosivo: El tipo y la composición del medio corrosivo son factores críticos en la corrosión bajo tensión. Algunos medios corrosivos, como el agua salada, los ácidos fuertes o los ambientes con alta concentración de gases corrosivos, son más propensos a causar corrosión bajo tensión que otros. La presencia de especies corrosivas, como cloruros, sulfuros o amoníaco, puede acelerar el proceso de corrosión bajo tensión al facilitar la disolución o absorción de hidrógeno en el material.
• Tensión aplicada: La magnitud y la naturaleza de la tensión aplicada al material son factores importantes en la corrosión bajo tensión. La tensión puede ser estática o cíclica, y puede tener una dirección uniaxial o multiaxial. La presencia de una tensión aplicada puede acelerar la velocidad de corrosión y aumentar la susceptibilidad del material a la corrosión bajo tensión, al promover la difusión de especies corrosivas o la absorción de hidrógeno en el material.
• Material y su microestructura: El tipo de material y su microestructura también influyen en la corrosión bajo tensión. Algunos materiales, como los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio, son más resistentes a la corrosión bajo tensión debido a la formación de una capa pasiva o una película protectora en su superficie. Sin embargo, ciertas microestructuras o composiciones pueden aumentar la susceptibilidad del material a la corrosión bajo tensión, como la presencia de inclusiones, segregaciones o fases intermetálicas susceptibles a la corrosión.
• Temperatura: La temperatura del medio corrosivo y del material puede tener un impacto significativo en la corrosión bajo tensión. En general, la corrosión bajo tensión tiende a aumentar a temperaturas elevadas, ya que la difusión de especies corrosivas o hidrógeno en el material se acelera a altas temperaturas. Sin embargo, en algunos casos, la corrosión bajo tensión puede ser más severa a temperaturas moderadas debido a cambios en la microestructura o la cinética de corrosión.
• Tiempo de exposición: El tiempo de exposición del material al medio corrosivo y a la tensión aplicada también es un factor a considerar. La corrosión bajo tensión puede ocurrir de manera lenta y progresiva a lo largo del tiempo, o puede ocurrir de manera rápida y catastrófica, dependiendo de los factores mencionados anteriormente. Un mayor tiempo de exposición al medio corrosivo y a la tensión puede aumentar la probabilidad de corrosión bajo tensión y la severidad del deterioro.
• Diseño y protección contra la corrosión: El diseño de la estructura y las medidas de protección contra la corrosión implementadas también pueden influir en la corrosión bajo tensión. Factores como la geometría de la estructura, las discontinuidades, las tensiones residuales, la protección catódica.

Materiales susceptibles a la corrosión bajo tensión

Varios materiales pueden ser susceptibles a la corrosión bajo tensión, especialmente en ambientes corrosivos y sometidos a tensiones. Algunos de los materiales más comunes que son susceptibles a la corrosión bajo tensión son:

• Aceros inoxidables: Aunque los aceros inoxidables son conocidos por su alta resistencia a la corrosión, algunos tipos de aceros inoxidables pueden ser susceptibles a la corrosión bajo tensión en determinadas condiciones. Por ejemplo, los aceros inoxidables austeníticos, como el acero inoxidable 304 y 316, pueden ser susceptibles a la corrosión bajo tensión en presencia de cloruros y otras especies corrosivas, especialmente a altas temperaturas.
• Aleaciones de níquel y titanio: Las aleaciones de níquel y titanio, como las aleaciones de níquel 200, 600 y 718, y las aleaciones de titanio Ti-6Al-4V, son ampliamente utilizadas en aplicaciones aeroespaciales y químicas debido a sus propiedades de alta resistencia y resistencia a la corrosión. Sin embargo, estas aleaciones pueden ser susceptibles a la corrosión bajo tensión en ciertos ambientes corrosivos, especialmente en presencia de cloruros y otros agentes corrosivos.
• Aluminio y sus aleaciones: El aluminio y sus aleaciones, como la serie de aleaciones de aluminio 2000, 5000, y 7000, son ampliamente utilizados en aplicaciones aeroespaciales, automotrices y marinas debido a su alta relación resistencia-peso. Sin embargo, algunas aleaciones de aluminio pueden ser susceptibles a la corrosión bajo tensión en ambientes corrosivos, especialmente en presencia de cloruros y otras especies corrosivas.
• Aleaciones de cobre: Las aleaciones de cobre, como el latón y el bronce, son utilizadas en una amplia gama de aplicaciones debido a su alta conductividad eléctrica y térmica. Sin embargo, algunas aleaciones de cobre pueden ser susceptibles a la corrosión bajo tensión en ambientes corrosivos, especialmente en presencia de amoníaco, sulfuros y otros agentes corrosivos.
• Aleaciones de magnesio: Las aleaciones de magnesio, como las aleaciones de magnesio AZ31 y AZ61, son utilizadas en aplicaciones automotrices y aeroespaciales debido a su baja densidad y alta resistencia específica. Sin embargo, las aleaciones de magnesio son conocidas por ser susceptibles a la corrosión bajo tensión en ambientes corrosivos, especialmente en presencia de cloruros y otros agentes corrosivos.

Mecanismos de corrosión bajo tensión: Causas y efectos en el material.

La corrosión bajo tensión es un fenómeno complejo que puede ocurrir en materiales expuestos a ambientes corrosivos y sometidos a tensiones. Los mecanismos de corrosión bajo tensión pueden variar dependiendo del tipo de material y del ambiente corrosivo, pero generalmente implican procesos electroquímicos y de deformación del material. Algunos de los mecanismos de corrosión bajo tensión más comunes son:

• Disolución selectiva: En este mecanismo, la corrosión ocurre de manera selectiva en áreas localizadas del material que están expuestas a tensiones, mientras que otras áreas permanecen relativamente intactas. Esto puede deberse a una mayor concentración de agentes corrosivos en las zonas tensionadas, lo que aumenta la velocidad de corrosión en esas áreas. La disolución selectiva puede causar una reducción de la sección transversal del material, debilitándolo y eventualmente llevando a la fractura.
• Formación de grietas y fisuras: La tensión aplicada al material puede causar la formación de grietas y fisuras en la superficie del material, lo que crea sitios de concentración de tensiones. Estos sitios son propensos a la corrosión, ya que el ambiente corrosivo puede penetrar en las grietas y fisuras y causar corrosión localizada en esas áreas. Con el tiempo, estas grietas y fisuras pueden propagarse y causar una reducción de la integridad estructural del material.
• Hidrogeno embrittlement: En algunos casos, la corrosión bajo tensión puede estar relacionada con la absorción de hidrógeno por parte del material. El hidrógeno puede difundir en el material y acumularse en áreas de alta tensión, lo que puede causar la fragilización del material y la disminución de su resistencia mecánica. Esto puede conducir a la fractura del material en ausencia de una deformación plástica significativa.
• Corrosión intergranular: La corrosión bajo tensión también puede ocurrir a lo largo de los límites de grano del material, conocida como corrosión intergranular. Esto puede deberse a la segregación de especies corrosivas en los límites de grano o a la sensibilidad del material a la corrosión en esas áreas debido a su composición química o microestructura. La corrosión intergranular puede debilitar los límites de grano y causar la fractura del material.

Los efectos de la corrosión bajo tensión en el material pueden ser graves. Puede causar la reducción de la resistencia mecánica del material, la pérdida de ductilidad y tenacidad, y la fractura del material en casos severos. La fractura inducida por corrosión puede ser súbita y catastrófica, lo que puede tener consecuencias graves en términos de seguridad y confiabilidad de las estructuras y componentes.

Es importante tener en cuenta que la corrosión bajo tensión puede ser un fenómeno complejo y depende de múltiples factores, como la composición química del material, la microestructura, la tensión aplicada, la temperatura, el ambiente corrosivo y el tiempo de exposición. Por lo tanto, es esencial comprender los mecanismos y efectos de la corrosión bajo tensión en el material específico y en las condiciones de servicio relevantes.

Métodos de prueba y evaluación de la corrosión bajo tensión

Existen varios métodos de prueba y evaluación de la corrosión bajo tensión, que se utilizan para evaluar la susceptibilidad de los materiales a este tipo de corrosión y para determinar su resistencia en condiciones de servicio. Algunos de los métodos más comunes son:

• Pruebas de tensión constante: En este método, se aplica una tensión constante a una muestra del material y se expone a un ambiente corrosivo durante un tiempo determinado. La muestra se somete a una tensión constante durante la exposición y se mide la deformación o la carga aplicada en el tiempo. Después de la exposición, se examina la muestra para detectar signos de corrosión bajo tensión, como fracturas, grietas o fisuras. La prueba de tensión constante permite evaluar la susceptibilidad del material a la corrosión bajo tensión y determinar su tiempo de vida en condiciones de servicio.
• Pruebas de tensión controlada: En este método, se aplica una tensión creciente o decreciente a una muestra del material mientras se expone a un ambiente corrosivo. La tensión se controla de manera constante o en forma de rampa, y se registra la deformación o la carga aplicada en función del tiempo. Este método permite estudiar el comportamiento del material bajo diferentes niveles de tensión y determinar la tensión crítica o el umbral de tensión en el cual se inicia la corrosión bajo tensión.
• Pruebas aceleradas: Estas pruebas se realizan en condiciones más severas o aceleradas para evaluar la susceptibilidad del material a la corrosión bajo tensión en un tiempo más corto. Por ejemplo, se pueden utilizar soluciones corrosivas más concentradas o temperaturas más altas para acelerar el proceso de corrosión. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los resultados de las pruebas aceleradas pueden no representar completamente el comportamiento del material en condiciones de servicio reales.
• Pruebas de exposición en ambientes corrosivos: En este método, se exponen muestras del material a ambientes corrosivos reales o simulados durante un período de tiempo determinado. Las muestras se someten a tensiones naturales o aplicadas durante la exposición, y se evalúa la corrosión bajo tensión mediante inspección visual, análisis metalográfico o pruebas de fractura. Este método proporciona una evaluación más realista del comportamiento del material en condiciones de servicio reales.
• Otros métodos: También existen otros métodos de prueba y evaluación de la corrosión bajo tensión, como pruebas electroquímicas, pruebas de permeabilidad de hidrógeno, pruebas de velocidad de corrosión, entre otros. Estos métodos pueden ser utilizados en combinación con los mencionados anteriormente para obtener una evaluación completa del comportamiento del material frente a la corrosión bajo tensión.

Es importante seleccionar el método de prueba adecuado en función del material, el ambiente corrosivo y las condiciones de servicio específicas, y seguir los estándares y procedimientos establecidos para obtener resultados confiables y precisos. La evaluación de la corrosión bajo tensión es esencial para garantizar la integridad y la confiabilidad de los materiales en aplicaciones donde están expuestos a tensiones y ambientes corrosivos.

Estrategias de mitigación y prevención de la corrosión bajo tensión

La corrosión bajo tensión es un problema serio que puede causar fallos catastróficos en los materiales y estructuras expuestas a ambientes corrosivos y tensiones. Para mitigar y prevenir la corrosión bajo tensión, se pueden implementar diversas estrategias, que incluyen:

• Selección adecuada de materiales: Es importante seleccionar materiales resistentes a la corrosión bajo tensión para las aplicaciones en las que se esperan tensiones y ambientes corrosivos. Los materiales adecuados pueden variar según el tipo de corrosión bajo tensión y el ambiente corrosivo específico, y pueden incluir aceros inoxidables, aleaciones de níquel, titanio, y otros materiales resistentes a la corrosión.
• Control del ambiente corrosivo: Se pueden implementar medidas para controlar el ambiente corrosivo en la medida de lo posible. Esto puede incluir recubrimientos protectores, inhibidores de corrosión, control de la humedad, y control de la concentración de agentes corrosivos en el ambiente, como cloruros, sulfuros, ácidos, entre otros.
• Reducción de tensiones: La reducción de tensiones en las estructuras o componentes expuestos a ambientes corrosivos puede ser una estrategia efectiva para mitigar la corrosión bajo tensión. Esto puede lograrse mediante la optimización del diseño de las estructuras, evitando tensiones residuales en los materiales, y minimizando las tensiones operativas o aplicadas durante el servicio.
• Tratamientos térmicos y mecánicos: Algunos tratamientos térmicos y mecánicos, como la recristalización, la relajación de tensiones, y la mejora de la homogeneidad estructural, pueden ayudar a mitigar la corrosión bajo tensión. Estos tratamientos pueden mejorar la resistencia del material a la corrosión bajo tensión y reducir la probabilidad de fractura inducida por corrosión.
• Monitoreo y inspección: Es importante llevar a cabo un monitoreo y una inspección regular de los componentes y estructuras expuestas a tensiones y ambientes corrosivos para identificar tempranamente signos de corrosión bajo tensión, como fisuras o grietas, y tomar medidas correctivas oportunas.
• Diseño y construcción adecuados: Un diseño y construcción adecuados de las estructuras y componentes expuestos a tensiones y ambientes corrosivos puede reducir la probabilidad de corrosión bajo tensión. Esto puede incluir la selección adecuada de geometrías, la evitación de esfuerzos concentrados, y la eliminación de discontinuidades que puedan favorecer la corrosión bajo tensión.
• Normas y estándares: Es importante seguir las normas y estándares de diseño, construcción y mantenimiento aplicables a las estructuras y componentes expuestos a ambientes corrosivos y tensiones. Estas normas y estándares proporcionan pautas y directrices para prevenir y mitigar la corrosión bajo tensión de manera efectiva.

Casos de estudio y aplicaciones industriales

La corrosión bajo tensión es un fenómeno de degradación de los materiales metálicos que ocurre cuando están sometidos a una tensión mecánica y a un ambiente corrosivo. Este tipo de corrosión puede causar fallos catastróficos en estructuras y equipos, y es un desafío importante en diversas aplicaciones industriales. Aquí hay algunos casos de estudio y aplicaciones industriales donde la corrosión bajo tensión ha sido un problema:

• Industria del petróleo y gas: Los equipos utilizados en la extracción, producción y transporte de petróleo y gas, como tuberías, plataformas offshore y estructuras submarinas, están expuestos a ambientes corrosivos y a tensiones mecánicas. La corrosión bajo tensión puede causar fallos prematuros en estos equipos, lo que resulta en pérdidas económicas y riesgos para la seguridad. Por lo tanto, la mitigación y prevención de la corrosión bajo tensión es un desafío importante en la industria del petróleo y gas, y se requieren materiales y recubrimientos resistentes a la corrosión para garantizar la integridad y durabilidad de los equipos.
• Industria aeroespacial: Los aviones y otras aeronaves están expuestos a ambientes corrosivos, como la humedad, la lluvia ácida y la exposición a productos químicos en el aire. Además, están sujetos a tensiones mecánicas debido a las cargas aerodinámicas y las vibraciones durante el vuelo. La corrosión bajo tensión puede ocurrir en componentes críticos, como alas, estructuras de fuselaje y motores, lo que puede comprometer la seguridad y la eficiencia de las aeronaves. Por lo tanto, la prevención y control de la corrosión bajo tensión es esencial en la industria aeroespacial, y se utilizan materiales resistentes a la corrosión y técnicas de protección de superficies para mitigar este problema.
• Industria química: En la industria química, se utilizan diversos productos químicos corrosivos en los procesos de fabricación, lo que puede resultar en ambientes corrosivos para los equipos y estructuras utilizadas en estas instalaciones. Además, los equipos en la industria química pueden estar sometidos a tensiones mecánicas debido a las altas temperaturas, presiones y cargas de proceso. La corrosión bajo tensión puede ser un problema grave en la industria química, ya que puede causar fallos en los equipos y provocar fugas de productos químicos peligrosos. Por lo tanto, la selección de materiales resistentes a la corrosión y la implementación de estrategias de mitigación son importantes para garantizar la seguridad y la confiabilidad de los procesos químicos.
• Industria nuclear: La corrosión bajo tensión también es un desafío importante en la industria nuclear, donde los materiales utilizados en reactores nucleares, como los componentes de combustible, los sistemas de refrigeración y los sistemas de contención, están expuestos a ambientes corrosivos y a altos niveles de radiación. La corrosión bajo tensión puede debilitar los materiales y provocar fallos en los componentes nucleares, lo que puede tener graves consecuencias en términos de seguridad y medio ambiente. Por lo tanto, se utilizan materiales resistentes

Normas y estándares relacionados con la corrosión bajo tensión

Existen numerosas normas y estándares internacionales que abordan la corrosión bajo tensión y proporcionan directrices para la prevención, evaluación y mitigación de este problema en diversas aplicaciones industriales. Algunos de los principales estándares relacionados con la corrosión bajo tensión son:

• NACE TM0177: Esta norma, desarrollada por la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE, por sus siglas en inglés), proporciona procedimientos para la prueba de susceptibilidad a la corrosión bajo tensión en aceros inoxidables, aleaciones de níquel y aleaciones de titanio en ambientes específicos, como ambientes ácidos, ambientes alcalinos y ambientes de sulfuro de hidrógeno.
• ASTM G36: Este estándar, publicado por la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés), describe un método de prueba para la evaluación de la susceptibilidad a la corrosión bajo tensión de aleaciones de níquel en ambientes con cloruros. Proporciona procedimientos para la prueba en diferentes temperaturas y concentraciones de cloruros.
• ISO 7539: Esta norma, desarrollada por la Organización Internacional de Normalización (ISO, por sus siglas en inglés), proporciona directrices generales para la evaluación de la susceptibilidad a la corrosión bajo tensión de metales y aleaciones en ambientes corrosivos diversos, como ambientes ácidos, ambientes alcalinos y ambientes de sulfuro de hidrógeno.
• NACE MR0175/MR0103: Estos estándares, también desarrollados por la NACE, establecen requisitos para la selección y especificación de materiales resistentes a la corrosión bajo tensión en ambientes específicos, como ambientes de petróleo y gas, incluyendo ambientes con presencia de dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S) y cloruros.

• ASME Boiler and Pressure Vessel Code: Este código, desarrollado por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME, por sus siglas en inglés), incluye requisitos para la selección y diseño de materiales resistentes a la corrosión bajo tensión en equipos y recipientes sujetos a presión, utilizados en aplicaciones como la industria química, petroquímica y nuclear.