Corrosión intergranular - Intergranular corrosion
La corrosión intergranular ( IGC ), también conocida como ataque intergranular ( IGA ), es una forma de corrosión en la que los límites de los cristalitos del material son más susceptibles a la corrosión que su interior. ( Cf. corrosión transgranular).
Descripción
Esta situación puede ocurrir en aleaciones que de otro modo serían resistentes a la corrosión, cuando los límites de los granos se agotan, lo que se conoce como agotamiento de los límites de los granos , de los elementos inhibidores de la corrosión, como el cromo, por algún mecanismo. En las aleaciones de níquel y los aceros inoxidables austeníticos , donde se agrega cromo para la resistencia a la corrosión, el mecanismo involucrado es la precipitación de carburo de cromo en los límites del grano, lo que resulta en la formación de zonas empobrecidas en cromo adyacentes a los límites del grano (este proceso se llama sensibilización ). . Se requiere como mínimo un 12% de cromo para asegurar la pasivación, un mecanismo mediante el cual se forma una película invisible ultrafina, conocida como película pasiva, en la superficie de los aceros inoxidables. Esta película pasiva protege el metal de ambientes corrosivos. La propiedad de autocuración de la película pasiva hace que el acero sea inoxidable. La lixiviación selectiva a menudo implica mecanismos de agotamiento de los límites del grano.
Estas zonas también actúan como pares galvánicos locales , provocando corrosión galvánica local . Esta condición ocurre cuando el material se calienta a temperaturas de alrededor de 700 ° C durante demasiado tiempo y, a menudo, ocurre durante la soldadura o un tratamiento térmico inadecuado . Cuando se forman zonas de dicho material debido a la soldadura, la corrosión resultante se denomina deterioro de la soldadura . Los aceros inoxidables pueden estabilizarse contra este comportamiento mediante la adición de titanio , niobio o tántalo , que forman carburo de titanio , carburo de niobio y carburo de tántalo preferentemente a carburo de cromo, reduciendo el contenido de carbono en el acero y, en caso de soldadura, también en el metal de aportación por debajo del 0,02%, o calentando toda la parte por encima de 1000 ° C y enfriándolo en agua, lo que lleva a la disolución del carburo de cromo en los granos y luego evita su precipitación. Otra posibilidad es mantener las piezas soldadas lo suficientemente delgadas para que, al enfriarse, el metal disipe el calor demasiado rápido para que precipite el carburo de cromo. Las pruebas ASTM A923, ASTM A262 y otras similares se utilizan a menudo para determinar cuándo los aceros inoxidables son susceptibles a la corrosión intergranular. Las pruebas requieren grabado con productos químicos que revelan la presencia de partículas intermetálicas, a veces combinados con Charpy V-Notch y otras pruebas mecánicas.
Otro tipo relacionado de corrosión intergranular se denomina ataque de línea de cuchillo ( KLA ). El ataque de la línea de cuchillo impacta los aceros estabilizados con niobio, como el acero inoxidable 347. El titanio, el niobio y sus carburos se disuelven en acero a temperaturas muy altas. En algunos regímenes de enfriamiento (dependiendo de la velocidad de enfriamiento), el carburo de niobio no precipita y el acero se comporta como acero no estabilizado, formando carburo de cromo en su lugar. Esto afecta solo a una zona delgada de varios milímetros de ancho en las inmediaciones de la soldadura, lo que dificulta la localización y aumenta la velocidad de corrosión. Las estructuras hechas de tales aceros deben calentarse en su conjunto a aproximadamente 1065 ° C (1950 ° F), cuando el carburo de cromo se disuelve y se forma el carburo de niobio. La velocidad de enfriamiento después de este tratamiento no es importante, ya que el carbono que de otro modo plantearía riesgo de formación de carburo de cromo ya está secuestrado como carburo de niobio. [1]
Las aleaciones a base de aluminio pueden ser sensibles a la corrosión intergranular si hay capas de materiales que actúan como ánodos entre los cristales ricos en aluminio. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia, especialmente cuando se extruyen o se someten a un alto grado de trabajo, pueden sufrir corrosión por exfoliación (metalurgia) , donde los productos de corrosión se acumulan entre los granos planos y alargados y los separan, lo que produce un efecto de levantamiento u hojeado y, a menudo, se propaga. desde los bordes del material a través de toda su estructura. [2] La corrosión intergranular es una preocupación especialmente para las aleaciones con alto contenido de cobre .
Otros tipos de aleaciones también pueden someterse a exfoliación; la sensibilidad del cuproníquel aumenta junto con su contenido de níquel. Un término más amplio para esta clase de corrosión es corrosión laminar . Las aleaciones de hierro son susceptibles a la corrosión lamelar, ya que el volumen de óxidos de hierro es aproximadamente siete veces mayor que el volumen del metal original, lo que lleva a la formación de tensiones de tracción internas que desgarran el material. Un efecto similar conduce a la formación de laminillas en los aceros inoxidables, debido a la diferencia de expansión térmica de los óxidos y el metal. [3]
Las aleaciones a base de cobre se vuelven sensibles cuando se produce el agotamiento del contenido de cobre en los límites de los granos.
Las aleaciones anisotrópicas , donde la extrusión o el trabajo pesado conduce a la formación de granos largos y planos, son especialmente propensas a la corrosión intergranular. [4]
La corrosión intergranular inducida por tensiones ambientales se denomina agrietamiento por corrosión bajo tensión . La corrosión intergranular se puede detectar mediante métodos ultrasónicos y de corrientes parásitas.
Efecto de sensibilización
La sensibilización se refiere a la precipitación de carburos en los límites de grano en un acero inoxidable o aleación, lo que hace que el acero o la aleación sea susceptible a la corrosión intergranular o al agrietamiento por corrosión bajo tensión intergranular.
Ciertas aleaciones cuando se exponen a una temperatura caracterizada como una temperatura de sensibilización se vuelven particularmente susceptibles a la corrosión intergranular. En una atmósfera corrosiva, las interfaces de grano de estas aleaciones sensibilizadas se vuelven muy reactivas y se produce una corrosión intergranular. Esto se caracteriza por un ataque localizado en y adyacente a los límites de los granos con relativamente poca corrosión de los granos mismos. La aleación se desintegra (los granos se caen) y / o pierde su resistencia.
Las fotos muestran la microestructura típica de un acero inoxidable tipo 304 normalizado (no sensibilizado) y un acero muy sensibilizado. Las muestras han sido pulidas y grabadas antes de tomar las fotos , y las áreas sensibilizadas se muestran como líneas oscuras y anchas donde el fluido de grabado ha causado corrosión. Las líneas oscuras consisten en carburos y productos de corrosión. La corrosión intergranular generalmente se considera causada por la segregación de impurezas en los límites de los granos o por el enriquecimiento o el agotamiento de uno de los elementos de aleación en las áreas de los límites de los granos. Así, en ciertas aleaciones de aluminio , se ha demostrado que pequeñas cantidades de hierro se segregan en los límites de los granos y provocan corrosión intergranular. Además, se ha demostrado que el contenido de zinc de un latón es mayor en los límites de grano y está sujeto a tal corrosión. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia , como las aleaciones de tipo duraluminio (Al-Cu), que dependen de las fases precipitadas para el fortalecimiento, son susceptibles a la corrosión intergranular después de la sensibilización a temperaturas de aproximadamente 120 ° C. Las aleaciones ricas en níquel como Inconel 600 e Incoloy 800 muestran una susceptibilidad similar. Las aleaciones de zinc fundidas a presión que contienen aluminio presentan corrosión intergranular por vapor en una atmósfera marina. Cr-Mn y Cr-Mn-Ni aceros también son susceptibles a la corrosión intergranular después de la sensibilización en el intervalo de temperatura de 420 ° C-850 ° C. En el caso de los aceros inoxidables austeníticos , cuando estos aceros se sensibilizan al calentarlos en el rango de temperatura de aproximadamente 520 ° C a 800 ° C, se produce el agotamiento del cromo en la región límite de grano, lo que resulta en susceptibilidad a la corrosión intergranular. Tal sensibilización de los aceros inoxidables austeníticos puede ocurrir fácilmente debido a los requisitos de temperatura del servicio, como en los generadores de vapor , o como resultado de la soldadura posterior de la estructura formada.
Se han utilizado varios métodos para controlar o minimizar la corrosión intergranular de aleaciones susceptibles, particularmente de los aceros inoxidables austeníticos . Por ejemplo, se ha utilizado un tratamiento térmico en solución a alta temperatura , comúnmente denominado recocido en solución , templado- recocido o templado en solución. La aleación se calienta a una temperatura de aproximadamente 1.060 ° C a 1.120 ° C y luego se enfría con agua. Este método es generalmente inadecuado para tratar conjuntos grandes y también ineficaz cuando la soldadura se usa posteriormente para hacer reparaciones o para unir otras estructuras.
Otra técnica de control para prevenir la corrosión intergranular implica la incorporación de formadores de carburo fuertes o elementos estabilizadores como el niobio o el titanio en los aceros inoxidables. Estos elementos tienen una afinidad mucho mayor por el carbono que el cromo ; La formación de carburo con estos elementos reduce el carbono disponible en la aleación para la formación de carburos de cromo . Un acero inoxidable de cromo-níquel-cobre austenítico estabilizado que lleva titanio de este tipo se muestra en la patente de EE.UU. Nº 3.562.781. O el acero inoxidable puede reducirse inicialmente en contenido de carbono por debajo del 0,03 por ciento de modo que se proporcione carbono insuficiente para la formación de carburo. Estas técnicas son costosas y solo parcialmente efectivas ya que la sensibilización puede ocurrir con el tiempo. Los aceros con bajo contenido de carbono también presentan con frecuencia resistencias más bajas a altas temperaturas.