Agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión (SCC): Causas, prevención y materiales susceptibles

Introducción

El agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión (SCC), por sus siglas en inglés (Stress Corrosion Cracking) ó agrietamiento  por corrosión bajo tensión, es una forma de degradación del material que ocurre cuando los metales susceptibles son expuestos a un ambiente corrosivo bajo tensión, y las altas temperaturas pueden agravar significativamente este proceso. El agrietamiento por corrosión por tensión o esfuerzo (SCC), según lo define el estándar de NACE SP0204, es el agrietamiento del material producido por la acción combinada de la corrosión y el esfuerzo de tracción (residual o aplicado).

La formación de microgrietas, que son finas y a menudo invisible al principio, es una característica definitoria de la SCC, las cuales se propagan con el tiempo, generando danos en la superficie metalica, . Las altas temperaturas aceleran el proceso de SCC al aumentar tanto la tasa de corrosión como el mecanismo de agrietamiento, mejorando así las reacciones químicas entre el metal y su entorno corrosivo. .

Industrias como la del petróleo y gas, energía nuclear, ingeniería marina y aeroespacial son especialmente vulnerables a la SCC, ya que operan en condiciones extremas que involucran tanto tensión como agentes corrosivos, a menudo a temperaturas elevadas. Por ejemplo, las tuberías en el sector petroquímico, los intercambiadores de calor en reactores nucleares y las estructuras offshore expuestas al agua de mar tienen un riesgo más alto de SCC en ambientes de alta temperatura. Además, materiales como los aceros inoxidables y otras aleaciones, comúnmente utilizados en la industrias, pueden experimentar una reducción de la resistencia o alteración de sus propiedades a temperaturas elevadas, lo que los hace más susceptibles a la SCC.

En este artículo se analiza el comportamiento del agrietamiento por agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión (SCC) en ambientes dependientes de la temperatura y a su vez se presentan estrategias eficaces de detección y control, con el fin de garantizar la seguridad y durabilidad de infraestructuras industriales.

¿Qué es el agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión (SCC)?

El agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión (SCC) es un mecanismo de degradación que ocurre cuando un metal se expone a un ambiente corrosivo bajo tensión, con el factor adicional de que las altas temperaturas influyen significativamente en el proceso. A diferencia de otros tipos de corrosión en metales, la SCC es particularmente peligrosa porque da lugar a la formación de microgrietas, que son fisuras finas y a menudo invisibles en un principio.

Estas microgrietas se propagan con el tiempo sin una pérdida notable de material o señales visibles de daño, generando fallas repentinas cuando el material ya no puede soportar las cargas operativas o las tensiones. En la siguiente imagen se muestra la falla de una tuberia de agua por SCC.

Las altas temperaturas aceleran el proceso de SCC al aumentar la tasa de corrosión y debilitar las propiedades mecánicas del metal, lo que lo hace más propenso a la agrietamiento bajo tensión. A medida que la temperatura aumenta, la microestructura del metal también puede cambiar, lo que lo hace más susceptible a la agrietamiento en presencia de agentes corrosivos como cloruros o sulfuros.

Por ejemplo, los aceros inoxidables austeníticos son más susceptibles a SCC en ambientes de alta temperatura, como los que se encuentran en plantas químicas, reactores nucleares o plataformas de perforación offshore, donde están expuestos a productos químicos agresivos o agua de mar. El efecto combinado de la tensión y la temperatura puede hacer que estas microgrietas se propaguen rápidamente, lo que puede llevar a una falla catastrófica del material afectado.

La SCC a alta temperatura es particularmente peligrosa porque a menudo ocurre en estructuras críticas que están bajo tensión operativa constante, como en vasos de presión, tuberías e intercambiadores de calor. Las estrategias eficaces de prevención incluyen la selección de materiales con mayor resistencia a la SCC a altas temperaturas, la reducción de las tensiones operativas y el uso de recubrimientos protectores o inhibidores para mitigar los efectos corrosivos del entorno.

Para más información sobre la determinación del agrietamiento por corrosión bajo tensión, la identificación y el análisis, te invito a ver el siguiente video. Fuente: Grupo RJ Lee, Inc.

Cómo se diferencia el SCC de otros tipos de degradación

La SCC se distingue de otras formas de degradación de materiales de las siguientes maneras:

• Corrosión general: Esta conduce a una pérdida uniforme de material, mientras que la SCC implica la formación de microgrietas sin pérdida significativa de material.
• Corrosión por picaduras: La corrosión por picaduras conduce a cavidades localizadas o agujeros en el material, mientras que la SCC produce fisuras que pueden propagarse y comprometer la integridad estructural del material con el tiempo.
• Falla por fatiga: La falla por fatiga es causada por cargas cíclicas y se basa principalmente en tensiones mecánicas, no en factores ambientales como la corrosión.
• Fragilización por hidrógeno: La fragilización por hidrógeno debilita el metal debido a la absorción de hidrógeno, pero no necesariamente requiere un entorno corrosivo para iniciar la degradación.

Tres factores principales que conducen a la SCC

El desarrollo de la SCC requiere la presencia simultánea de tres factores clave:

I. Tensión (residual o aplicada)

La SCC no ocurre a menos que el material esté bajo tensión. Existen dos tipos principales de tensión que contribuyen a la SCC:

A. Tensión residual (tensión ya presente en el material)

• Se genera durante la fabricación, soldadura, tratamiento térmico o mecanizado.
• No requiere fuerzas externas, ya que existe dentro del material.
• Ejemplo: Las tuberías de acero inoxidable soldadas retienen tensión residual del proceso de enfriamiento, lo que las hace susceptibles a la SCC inducida por cloruros.

B. Tensión aplicada (tensión proveniente de fuerzas externas)

• Proviene de cargas operacionales, fluctuaciones de presión, expansión térmica o tensión mecánica.
• A menudo ocurre en vasos de presión de alta, tuberías, paneles de fuselaje de aeronaves y estructuras offshore.
• Ejemplo: Las tuberías de gas de alta presión experimentan tensión aplicada debido a las fluctuaciones internas de presión.

II. Ambiente corrosivo

La presencia de un entorno corrosivo es esencial para que ocurra la SCC. Los agentes corrosivos más comunes incluyen:

• SCC inducida por cloruros (Cl-SCC), común en aceros inoxidables, especialmente en ambientes marinos.
• SCC por álcalis y amoníaco, que afecta aleaciones de latón y cobre en sistemas de refrigeración industrial.
• SCC relacionada con el azufre, que ocurre en refinerías de petróleo que procesan crudo de alto contenido de azufre.

III. Susceptibilidad del material

Ciertos materiales son más susceptibles a la SCC en condiciones ambientales específicas:

• Aceros inoxidables (304, 316) son susceptibles a la Cl-SCC, especialmente en ambientes de alta humedad.
• Aleaciones a base de níquel, como Inconel, exhiben una superior resistencia a la SCC, pero son más costosas.
• Aceros al carbono de alta resistencia son vulnerables a la SCC en ambientes ricos en sulfuro de hidrógeno (H₂S), particularmente en aplicaciones de petróleo y gas.

¿Por qué es crítica la tensión en la SCC?

A diferencia de la corrosión general, donde el material se desgasta gradualmente, la SCC requiere tensión para iniciar y propagar las grietas. Esto hace que la SCC sea particularmente peligrosa porque las grietas pueden propagarse mientras el material parece estar intacto por fuera. Es solo cuando estas grietas se propagan lo suficiente que el material falla, a menudo sin ninguna señal visible de daño o deterioro.

SCC en industrias críticas

• Aeroespacial: La SCC en componentes de aluminio de aeronaves puede generar serias preocupaciones de integridad estructural.
• Petroquímica: Los reactores y las tuberías en las refinerías están en riesgo de SCC por sulfuros debido a la exposición al sulfuro de hidrógeno a alta temperatura (H₂S).
• Energía nuclear: La SCC en componentes de reactores (por ejemplo, tubos de Inconel) puede provocar fugas y peligros operacionales, comprometiendo la seguridad del reactor.

Causas y mecanismos de la SCC

¿Qué causa la agrietamiento por corrosión bajo tensión?

La SCC surge de la combinación de tensiones mecánicas, agentes corrosivos y vulnerabilidad del material. Es un proceso sinérgico, lo que significa que la presencia de un medio corrosivo por sí sola no causa SCC a menos que también se aplique una tensión de tracción, como sucede en otras formas de corrosión en metales. De igual manera, la tensión por sí sola no desencadena la SCC sin la presencia de un agente corrosivo activo. Sin embargo, el aspecto más crítico de la SCC es la formación y propagación de microgrietas, que se inician dentro de la microestructura del material y crecen con el tiempo hasta provocar una falla estructural.

Factores ambientales clave que influyen en la SCC

I. Iones de cloruro (Cl⁻): La presencia de iones de cloruro es uno de los factores más agresivos que pueden acelerar la corrosión en metales, especialmente en entornos marinos y en la industria química.

• Uno de los agentes más agresivos causantes de SCC, particularmente en aceros inoxidables y aleaciones de aluminio.
• Presente en agua de mar, sales para deshielo y aguas de refrigeración industrial.
• Provoca la degradación localizada de las capas pasivas de óxido, creando puntos débiles donde pueden iniciarse y propagarse las microgrietas.

II. Fragilización por hidrógeno (HE):

• La penetración de hidrógeno en la matriz del metal debilita los enlaces atómicos.
• Ocurre en aceros de alta resistencia, aleaciones de titanio y aleaciones a base de níquel.
• Común en componentes soldados expuestos a entornos ricos en hidrógeno (por ejemplo, reacciones electroquímicas en soluciones ácidas).
• La SCC asistida por hidrógeno puede acelerar la propagación de microgrietas al reducir la ductilidad del material, haciéndolo más frágil..

III. Ambientes de alta temperatura:

• La SCC en calderas, intercambiadores de calor y unidades de refinería ocurre a temperaturas elevadas.
• SCC cáustica (caustic cracking): Se desarrolla en entornos alcalinos en recipientes a presión de acero al carbono.
• Los ciclos térmicos no solo aumentan la tensión, sino que también intensifican la iniciación de microgrietas ya existentes, haciendo que la progresión de la SCC sea más severa.

Cambios microestructurales que conducen a la SCC

Agrietamiento o agrietamiento intergranular vs. transgranular

La SCC se manifiesta en dos patrones distintos de propagación de grietas:

I. Agrietamiento intergranular:

• Crecimiento de grietas a lo largo de los límites de los granos, donde las impurezas y precipitados debilitan el metal.
• Común en aceros inoxidables sensibilizados, donde la formación de carburos de cromo agota el cromo protector en los límites de grano.
• Las microgrietas tienden a nuclearse en los límites de grano debilitados antes de convertirse en grietas más grandes.
• Observado con frecuencia en componentes de reactores nucleares e intercambiadores de calor debido a la combinación crítica de altas temperaturas operativas, tensiones residuales generadas en soldaduras y exposición a químicos agresivos.

II. Agrietamiento transgranular:

• Crecimiento de grietas a través de los granos mismos, en lugar de a lo largo de los límites.
• Más común en aleaciones a base de níquel y aleaciones de aluminio.
• Las microgrietas suelen iniciarse en defectos superficiales o puntos de concentración de tensiones, avanzando a grietas más grandes a medida que progresa la SCC.
• Exhibe una apariencia de fractura frágil bajo el microscopio.

Condiciones ambientales que aceleran la SCC

• Alta humedad: La condensación de agua facilita el ataque por cloruros y la iniciación de microgrietas.
• Exposición al agua de mar: Combina alto contenido de cloruros con estrés mecánico de las olas y corrientes, aumentando el riesgo de SCC.
• Soluciones de alto pH: Agrietamiento cáustica en calderas y tuberías de refinería.
• Ciclo térmico: Cambios frecuentes de temperatura inducen expansión/contracción, favoreciendo la formación y expansión de microgrietas.

Casos reales de fallas por SCC

I. Rupturas de tuberías:

• La SCC ha provocado fallas catastróficas en tuberías de gas y petróleo, causando desastres ambientales.
• Se han encontrado microgrietas iniciadas por tensiones residuales y exposición a cloruros como precursores de fallas en grandes oleoductos y gasoductos.
• Ejemplo: Falla por SCC en el oleoducto de TransCanada debido a tensiones residuales y exposición a cloruros.

II. Fallas en recipientes de reactores nucleares:

• La SCC en los sistemas de refrigeración de reactores ha causado fugas en los tubos de los generadores de vapor, comprometiendo la seguridad.
• Se han identificado microgrietas intergranulares como el mecanismo de falla principal en varios incidentes en plantas nucleares.
• Ejemplo: SCC en tubos de Inconel dentro de reactores de agua a presión (PWRs).

III. Fallas estructurales en aeronaves:

• La SCC en aleaciones de aluminio utilizadas en fuselajes puede provocar el crecimiento de grietas en los paneles estructurales.
• Se han identificado microgrietas no detectadas como contribuyentes a la falla catastrófica de varios componentes de aeronaves.
• Ejemplo: Accidente del vuelo 243 de Aloha Airlines, donde las grietas por SCC contribuyeron a la falla estructural.

Materiales y condiciones susceptibles

¿Qué materiales son susceptibles a la agrietamiento por corrosión bajo tensión?

No todos los metales presentan susceptibilidad a la agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), pero ciertas aleaciones, especialmente aquellas con capas pasivas de óxido, son más vulnerables bajo condiciones ambientales específicas. Los aceros inoxidables, las aleaciones a base de níquel y los aceros al carbono están entre los materiales más comúnmente afectados por corrosión en metales, dependiendo de su exposición a entornos ricos en cloruros, alcalinos o con presencia de hidrógeno.

SCC en aceros inoxidables: Casos comunes de fallas en la industria

Los aceros inoxidables austeníticos (304, 316, 321) son especialmente propensos a la SCC inducida por cloruros (Cl-SCC) debido a su dependencia de una capa pasiva de óxido de cromo para la resistencia a la corrosión. Cuando se exponen a cloruros en ambientes húmedos o en agua de mar, esta capa protectora puede degradarse, lo que provoca la iniciación y propagación de microgrietas..

• Casos comunes de fallas: Plataformas offshore, plantas desalinizadoras, sistemas de agua de refrigeración, intercambiadores de calor.
• Ejemplo: En una planta de energía nuclear, los tubos de acero inoxidable sufrieron una falla catastrófica debido a SCC inducida por cloruros tras una exposición prolongada al vapor que contenía cloruros.

Aleaciones a base de níquel vs. aceros al carbono: Diferencias en la reacción a la SCC

• Aleaciones a base de níquel (ej., Inconel, Hastelloy): Altamente resistentes a la SCC debido a sus fuertes propiedades de pasivación, lo que las hace ideales para condiciones extremas en reactores nucleares y plantas de procesamiento químico. Sin embargo, si se forman microgrietas, pueden ser difíciles de detectar debido a la alta resistencia a la fractura de estas aleaciones.
• Aceros al carbono: Generalmente resistentes a la Cl-SCC, pero susceptibles a la agrietamiento inducida por hidrógeno (HIC) y a la agrietamiento por tensiones en presencia de sulfuros (SSC) en ambientes ricos en sulfuro de hidrógeno, como tuberías de petróleo y gas.

Impacto de los materiales en diferentes entornos

• Entornos marinos: SCC inducida por cloruros en acero inoxidable.
• Entornos industriales: SCC cáustica en aceros al carbono.
• Entornos de alta temperatura: SCC asistida por oxidación en superaleaciones.

Métodos para aumentar la resistencia a la SCC mediante selección de materiales y reducción de tensiones

• Selección de materiales: Uso de aceros inoxidables ferríticos (ej., 430, 446) o aceros inoxidables dúplex, que tienen mayor resistencia a la Cl-SCC.
• Técnicas de alivio de tensiones: Tratamiento térmico posterior a la soldadura para reducir tensiones residuales.
• Recubrimientos protectores: Aplicación de recubrimientos inhibidores en tuberías de petróleo y gas.
• Control ambiental: Reducción de la exposición a cloruros mediante el uso de agua desionizada o desincrustantes sin cloruros.

Características del agrietamiento por corrosión bajo tensión

¿Cómo se diferencia la SCC de otras formas de agrietamiento?

La SCC es distinta de otros mecanismos de falla porque combina factores químicos y mecánicos de tensión. Se diferencia de:

• Agrietamiento por fatiga: Ocurre debido a cargas cíclicas y es independiente de entornos corrosivos.
• Fragilización por hidrógeno: Es causada por la absorción de hidrógeno, pero no requiere necesariamente un medio corrosivo.
• Corrosión general: Produce una pérdida uniforme de material en lugar de una agrietamiento localizada.

Agrietamiento intergranular vs. transgranular

La SCC se propaga en dos modos principales:

I. Agrietamiento intergranular:

• Ocurre a lo largo de los límites de los granos debido a la segregación de impurezas o la disminución de elementos resistentes a la corrosión (ej., cromo en aceros inoxidables).
• Se observa en aceros inoxidables sensibilizados y en zonas afectadas térmicamente por soldaduras.
• Las microgrietas se inician dentro de los límites de los granos, lo que eventualmente lleva a la formación de grietas más grandes que resultan en falla mecánica.

II. Agrietamiento transgranular:

• Se propaga a través de los granos cristalinos, formando patrones de fractura frágil.
• Común en aleaciones a base de níquel y aceros de alta resistencia.

Características microestructurales bajo microscopía electrónica

• La SCC intergranular aparece como grietas ramificadas que siguen los límites de los granos.
• La SCC transgranular muestra estructuras con fracturas en forma de cuña y puntas de grietas afiladas.
• Las microgrietas se forman en concentradores de tensión y pueden propagarse rápidamente una vez que alcanzan un tamaño crítico.

Tasa de propagación de grietas y desafíos en la detección

La SCC es peligrosa porque progresa sin ser detectada hasta que ocurre una falla. A diferencia de las grietas por fatiga, la SCC crece sin advertencias visibles, y las técnicas tradicionales de inspección visual suelen fallar en la detección de grietas en sus primeras etapas. La detección temprana de microgrietas es crucial, ya que una vez que se desarrollan, su propagación puede ocurrir rápidamente.

• Los métodos de ensayos no destructivos (END), como Eddy Current Testing (ECT) y Acoustic Emission Monitoring (AEM), son esenciales para detectar microgrietas en sus primeras etapas.

Patrones de falla: ¿Por qué la SCC conduce a fallas súbitas e inesperadas?

• La SCC se propaga por debajo de la superficie, lo que significa que los componentes pueden fallar sin previo aviso.
• A menudo se produce en lugares sometidos a grandes esfuerzos, como soldaduras, codos de tuberías y recipientes presurizados.
• Los fallos catastróficos se producen sin pérdida significativa de material, llegando en algunos casos a la rotura instantánea.

Comprender estos patrones de fallo es clave para desarrollar estrategias de mantenimiento preventivo y garantizar la fiabilidad de los activos a largo plazo.

SCC en tuberías y soldaduras

¿Qué es el agrietamiento por corrosión bajo tensión en tuberías?

La SCC en tuberías es una de las principales amenazas para la integridad estructural en las industrias de petróleo, gas y química. Estas tuberías están expuestas a altas presiones internas, temperaturas fluctuantes y sustancias corrosivas, lo que las hace altamente susceptibles a fallas relacionadas con SCC.

Causas específicas de fallas por SCC en tuberías

• SCC por hidrógeno a alta presión: Ocurre en tuberías que transportan combustibles ricos en hidrógeno, donde la absorción de hidrógeno provoca fragilización y la iniciación de grietas.
• SCC de pH casi neutro: Se encuentra en tuberías de gas enterradas, generalmente causada por la infiltración de aguas subterráneas con especies agresivas como bicarbonatos y cloruros.
• SCC a altas temperaturas: Afecta las tuberías expuestas a vapor o fluidos sobrecalentados, lo que acelera la propagación de grietas debido a cambios microestructurales y oxidación.

¿Cómo afecta la SCC a las soldaduras?

Las uniones soldadas son zonas de alto riesgo para la SCC debido a la acumulación de tensiones residuales generadas por el proceso de soldadura, lo que favorece la formación y propagación de grietas.

• Prácticas de soldadura deficientes generan zonas afectadas térmicamente (HAZ) que son más propensas a la SCC debido a alteraciones metalúrgicas.
• Uso inadecuado de aleaciones en los materiales de aporte puede provocar agrietamiento en la soldadura, especialmente en entornos con alta exposición a cloruros.
• Las concentraciones de tensión en defectos de soldadura aceleran la iniciación de microgrietas y la posterior propagación de SCC.

¿Cuáles soldaduras son altamente resistentes a la SCC por cloruros?

• Soldaduras de acero inoxidable dúplex (ej., 2205, 2507) ofrecen resistencia superior a la SCC gracias al equilibrio entre fases ferrítica y austenítica.
• Materiales de aporte a base de níquel (ej., Inconel 625, Hastelloy) reducen significativamente los riesgos de SCC en estructuras soldadas.
• Procedimientos de soldadura con baja tensión (tratamiento térmico posterior a la soldadura) minimizan la tensión residual, mejorando la resistencia a la SCC.

El papel de la tensión residual en las uniones soldadas

• La tensión residual de tracción en la zona afectada térmicamente (HAZ) aumenta significativamente el riesgo de SCC, especialmente en entornos con cloruros o hidrógeno.
• El recocido posterior a la soldadura o técnicas de alivio de tensiones mecánicas (shot peening, laminado en frío) ayudan a mitigar la tensión residual, reduciendo la susceptibilidad a la SCC.
• El shot peening o tratamientos de compresión mejoran la durabilidad de la soldadura al introducir tensiones compresivas en la superficie, contrarrestando la iniciación de la SCC.

Caso de estudio: Falla por SCC en refinería

En 2019, una refinería ubicada en el Golfo de México experimentó múltiples fallas en tuberías críticas debido a SCC, generando pérdidas significativas en producción y costosos tiempos de inactividad no planificados. Los métodos tradicionales como inspección visual, pruebas por partículas magnéticas (MPI) y líquidos penetrantes (LPI) eran limitados, lentos y dependientes del operador, resultando insuficientes para una detección precisa y oportuna del SCC.

Solución tecnológica Eddyfi

Para resolver este desafío, se implementó la tecnología Eddy Current Array (ECA) de Eddyfi mediante el equipo Sharck™. Esta herramienta utiliza corrientes inducidas para detectar y dimensionar grietas inducidas por SCC con alta precisión. Adicionalmente, la tecnología Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) mediante el sistema Gekko® de Eddyfi se empleó para confirmar y validar hallazgos profundos y complejos.

Implementación

Se seleccionaron áreas específicas propensas a SCC, incluyendo soldaduras, juntas y zonas con altos niveles de estrés residual. El equipo Sharck™ se utilizó inicialmente para realizar un barrido superficial rápido y efectivo, identificando grietas tempranas en zonas específicas. Posteriormente, la tecnología PAUT con Gekko® se utilizó para un análisis detallado, obteniendo imágenes ultrasónicas en tiempo real para evaluar la profundidad y extensión precisa de cada defecto identificado.

• La detección temprana y precisa del SCC evitó una posible falla estructural que podría haber tenido consecuencias catastróficas.
• Reducción significativa en tiempos de inspección comparado con técnicas convencionales.
• Datos digitales confiables que facilitaron análisis posteriores y decisiones acertadas de mantenimiento predictivo.
• Ahorro estimado en costos operativos de aproximadamente USD $2 millones debido a la reducción drástica del tiempo de inactividad no planificada.

Resultados obtenidos

• La detección precoz y precisa del SCC evitó posibles fallos estructurales que podrían haber tenido consecuencias catastróficas.
• Reducción significativa del tiempo de inspección en comparación con las técnicas convencionales.
• La fiabilidad de los datos digitales facilitó el análisis posterior e informó las decisiones de mantenimiento predictivo.
• Ahorro de costes operativos estimado en unos 2 millones de dólares gracias a la drástica reducción de los tiempos de inactividad imprevistos. Este caso subraya la necesidad crítica de una gestión proactiva de la SCC en las redes de tuberías, centrada en el control de la tensión residual y la detección precoz de grietas.

Técnicas de detección, pruebas e inspección

Evaluación de la susceptibilidad de los metales a la SCC: Métodos de prueba en laboratorio y campo

Para evaluar la susceptibilidad de un material a la agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), las industrias emplean pruebas estandarizadas con cupones metálicos, un método en el que muestras de metal (cupones) se someten a tensiones controladas en entornos corrosivos específicos.

• Pruebas de laboratorio: Los cupones se exponen a condiciones aceleradas de SCC, como soluciones hirvientes de cloruro de magnesio para aceros inoxidables. La prueba ASTM G36 es un estándar ampliamente utilizado para evaluar la susceptibilidad a la SCC inducida por cloruros.
• Pruebas en campo: Los cupones se colocan en entornos operativos reales (ej., agua de mar, unidades de refinería) para analizar los riesgos de SCC en condiciones de servicio.

Estos ensayos ayudan a los ingenieros a seleccionar materiales resistentes a la corrosión y a optimizar las condiciones ambientales para minimizar los riesgos de SCC.

Técnicas de Ensayos No Destructivos (END) para la detección de SCC

Los ensayos no destructivos (END) son fundamentales para la detección temprana de grietas asociadas con la SCC y otras formas de corrosión en metales:

I. Prueba Ultrasónica (UT): son ensayos no destructivos (END) que usan ondas de alta frecuencia para detectar fallas internas en materiales.

• Utiliza ondas de alta frecuencia para detector defectos internos como fisuras,  grietas, microgrietas, entre otras.
• Eficaz para identificar SCC subterránea en tuberías y soldaduras, incluso en etapas iniciales de microgrietas.

II. Prueba Radiográfica (RT): es uno de los ensayos no destructivos (END) que usa rayos X o gamma para detector defectos en los materiales.

• Emplea rayos X o gamma para identificar defectos internos.
• Ideal para detectar grietas ocultas por SCC en componentes de paredes gruesas, donde las microgrietas pueden estar profundamente incrustadas.

III. Prueba de Corrientes Inducidas (ECT): otro de los ensayos no destructivos que detecta defectos superficiales en materiales mediante inducción electromagnética.

• Utiliza inducción electromagnética para detectar SCC en la superficie.
• Ampliamente utilizada en componentes aeronáuticos y en intercambiadores de calor de acero inoxidable.

Detección temprana para prevenir fallas catastróficas

La implementación de programas de monitoreo regular de SCC reduce el riesgo de fallas en tuberías, plantas de energía y estructuras aeroespaciales.

La combinación de inspecciones de ensayos no destructivos (END) con frecuencias periódicas con sistemas de monitoreo basados en IA mejora la detección temprana de SCC, previniendo fallas costosas y garantizando la integridad estructural a largo plazo.

Estrategias de prevención y mitigación

Cómo prevenir la agrietamiento por corrosión bajo tensión: Mejoras de diseño y técnicas de alivio de tensiones

La prevención de la SCC requiere un enfoque integral, combinando modificaciones de diseño mecánico, selección de materiales y control ambiental. Dado que la SCC se inicia con la formación de microgrietas, abordar los puntos de concentración de tensiones y las tensiones residuales es fundamental:

I. Reducción de tensiones residuales:

• El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) alivia las tensiones inducidas por la soldadura, reduciendo la probabilidad de iniciación de SCC en sitios de microgrietas.
• Técnicas mecánicas de alivio de tensiones (shot peening, laminado en frío) introducen tensiones compresivas, contrarrestando las tensiones de tracción que favorecen la formación de SCC.

II. Mejoras en el diseño:

• Eliminar esquinas agudas, muescas y concentradores de tensiones reduce la probabilidad de formación de microgrietas en puntos vulnerables.
• Optimizar el drenaje y el flujo de fluidos previene la estagnación de líquidos en entornos propensos a SCC, minimizando los puntos de corrosión localizada.

Selección de materiales: Aleaciones resistentes a la SCC

El uso de materiales resistentes a la SCC es una de las estrategias más eficaces a largo plazo para evitar fallas. Materiales clave incluyen:

• Aceros inoxidables dúplex (ej., 2205, 2507): Alta resistencia a la SCC por cloruros, ampliamente utilizados en plataformas offshore y plantas de procesamiento químico.
• Aleaciones a base de níquel (Inconel 625, Hastelloy C-22): Preferidas para entornos extremos en aeroespacial y nuclear, brindando resistencia superior a la SCC incluso en condiciones de alta tensión.
• Aceros inoxidables de bajo carbono (316L, 317L): Minimizan la precipitación de carburos, reduciendo la susceptibilidad a la SCC intergranular.

Tratamientos superficiales y recubrimientos para minimizar la SCC

• Pasivación: Mejora las capas de óxido protector, limitando la iniciación de microgrietas en aceros inoxidables. Sin embargo, no elimina completamente el riesgo de SCC en entornos de alta tensión y exposición a cloruros.
• Electrodeposición: Recubrimientos de níquel o zinc forman barreras protectoras, reduciendo el riesgo de SCC en entornos agresivos. No obstante, estos recubrimientos pueden desarrollar microfisuras con el tiempo, permitiendo la penetración de agentes corrosivos.
• Recubrimientos cerámicos: Brindan protección contra la SCC a altas temperaturas en turbinas y motores a reacción. Sin embargo, no previenen la SCC causada por tensiones mecánicas, ya que no eliminan la tensión de tracción en el material base.
• Weld Overlay: El revestimiento por soldadura (Weld Overlay) es una técnica eficaz para mitigar la SCC, ya que proporciona una capa protectora de material resistente a la corrosión sobre el sustrato. Se emplea en tuberías, intercambiadores de calor y recipientes a presión expuestos a entornos agresivos. Sin embargo, si no se realiza un tratamiento térmico posterior adecuado, puede introducir nuevas tensiones residuales que favorecen la SCC en lugar de prevenirla.

El uso de recubrimientos protectores y pasivación es una de las estrategias clave para minimizar los efectos de la corrosión en metales en infraestructuras críticas. Estas técnicas ayudan a reducir la exposición del material a agentes corrosivos, prolongando su vida útil y mejorando la resistencia a la agrietamiento por corrosión bajo tensión.

Cómo evitar la SCC: Consejos prácticos para ingenieros

• Reducir la exposición a cloruros en sistemas de refrigeración y procesos industriales para minimizar los riesgos de SCC.
• Aplicar protección catódica en tuberías subterráneas para mitigar reacciones electroquímicas que favorecen la SCC.
• Usar inhibidores de corrosión (ej., inhibidores a base de molibdato) en sistemas de refrigeración para frenar la propagación de SCC. Sin embargo, los inhibidores por sí solos no son suficientes, ya que no reducen la tensión de tracción en los materiales.

Uso de inhibidores y recubrimientos protectores en la industria

• Petróleo y gas: Los recubrimientos resistentes a SCC (ej., epoxi fusionado para tuberías) protegen contra el ataque de cloruros ambientales, pero pueden degradarse con el tiempo, permitiendo la formación de microgrietas.
• Aeroespacial: Los recubrimientos anodizados en aluminio previenen SCC en estructuras de fuselaje, pero no nuclear: Las capas de níquel en tubos de generadores de vapor protegen contra SCC en entornos de alta radiación, aunque defectos en la aplicación o daños localizados pueden exponer el material subyacente al SCC.

Mejores prácticas industriales para la prevención de SCC

• Petróleo y Gas: Implementación de programas de monitoreo de SCC en tuberías de alta presión para detectar microgrietas antes de fallas críticas.
• Aeroespacial: Inspecciones regulares con corrientes inducidas en componentes aeronáuticos para detección temprana de SCC.
• Nuclear: Control estricto de la química del agua para evitar SCC inducida por cloruros en sistemas de reactores.

Integrar proactivamente estas estrategias ayuda a reducir fallas por SCC, prolongar la vida útil de los equipos y mejorar la seguridad operativa.

Tendencias futuras y avances en la mitigación de la SCC

Desarrollo de nuevos materiales: Aleaciones de alta entropía y recubrimientos cerámicos

Los avances recientes en metalurgia han llevado al desarrollo de aleaciones de alta entropía (HEAs), que son mezclas de múltiples metales con una resistencia superior a la SCC. Estos materiales están siendo probados en reactores nucleares y en aplicaciones de perforación petrolera en aguas profundas debido a su alta resistencia a la corrosión y al estrés mecánico.

Además, recubrimientos cerámicos con resistencia extrema a la oxidación a altas temperaturas y a la SCC están emergiendo como soluciones clave para la protección de aspas de turbinas y componentes aeroespaciales.

Sistemas avanzados de monitoreo: Detección de SCC mediante IA

La Inteligencia Artificial (IA) y el Aprendizaje Automático (ML) están revolucionando la detección de SCC mediante técnicas de monitoreo predictivo.

• Los algoritmos de mantenimiento predictivo analizan datos en tiempo real de sensores para detectar las primeras señales de iniciación de SCC.
• Drones automatizados y robots rastreadores equipados con herramientas de END están siendo utilizados para inspeccionar secciones de tuberías de difícil acceso.

El monitoreo de SCC basado en IA ya se está integrando en plataformas petroleras offshore, plantas nucleares y programas de mantenimiento aeroespacial, mejorando la detección temprana y la prevención de fallas críticas.

Sostenibilidad en la prevención de la SCC: Inhibidores verdes y materiales ecológicos

• Inhibidores de corrosión ecológicos (ej., compuestos orgánicos derivados de plantas) están reemplazando a los inhibidores tóxicos tradicionales en aplicaciones industriales.
• Recubrimientos resistentes a la SCC con impacto ambiental reducido están disminuyendo los efectos negativos de los tratamientos químicos en el medio ambiente.

¿Qué sigue? Proyecciones de la industria para la gestión de la SCC

El futuro de la mitigación de la SCC estará impulsado por:

1. El desarrollo de materiales auto-reparables que regeneran capas protectoras de óxido tras sufrir daños por SCC.
2. La expansión del monitoreo de corrosión basado en IA en infraestructuras críticas.
3. La adopción generalizada de superaleaciones resistentes a la SCC en sectores energéticos, de defensa y transporte.

Al adoptar estas innovaciones de vanguardia, las industrias pueden lograr una mitigación a largo plazo de la SCC, reducir el impacto ambiental y mejorar la seguridad de la infraestructura crítica a nivel mundial.

Conclusiones

La agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión (SCC) sigue siendo una de las formas más insidiosas y catastróficas de degradación de materiales, amenazando la integridad de infraestructuras críticas en diversas industrias. Su capacidad para progresar sin ser detectada hasta el fallo repentino la convierte en un desafío silencioso pero formidable en los sectores de petróleo y gas, energía nuclear, aeroespacial e ingeniería marina. Comprender sus mecanismos subyacentes donde convergen el estrés mecánico, un entorno corrosivo y la susceptibilidad del material es fundamental para mitigar sus riesgos.

Los avances en detección, pruebas e inspección, como pruebas ultrasónicas (UT), pruebas radiográficas (RT) y mantenimiento predictivo basado en IA, están revolucionando la identificación temprana de vulnerabilidades de SCC. Mientras tanto, las estrategias de prevención están evolucionando, con métodos de alivio de tensiones, aleaciones resistentes a la corrosión, recubrimientos protectores e inhibidores avanzados que extienden la vida útil de los activos y reducen fallas catastróficas.

Mirando hacia el futuro, la mitigación de la SCC dependerá de materiales auto-reparables, aleaciones de alta entropía, sistemas de monitoreo impulsados por IA e inhibidores de corrosión ecológicos.  A medida que las industrias avanzan hacia estrategias más eficientes, la mitigación de la SCC y la corrosión en metales dependerá del desarrollo de nuevos materiales y tecnologías avanzadas de monitoreo. Manteniéndose a la vanguardia de estas amenazas emergentes, las industrias pueden proteger infraestructuras críticas, garantizando seguridad, fiabilidad y longevidad ante uno de los desafíos más persistentes en la ciencia de materiales.

Referencias

Fuente propia