Agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión: Mecanismo, control y casos prácticos

Autor: Ph.D. Yolanda Reyes, 17 octubre 2023.

Introducción

El agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión (SCC por sus siglas en inglés de “Stress Corrosion Cracking”) es peligroso porque puede destruir un componente a niveles de tensión inferiores a la resistencia a la tracción de una aleación. Este fenómeno se manifiesta bajo dos condiciones principales: SCC de alto pH y SCC casi neutro.

Este proceso químico-mecánico es complejo y resulta en la formación de grietas en ciertas aleaciones cuando están sometidas a tensiones por debajo de su límite de resistencia. Para que se produzca, deben confluir tres elementos: una aleación susceptible, las condiciones químicas apropiadas y una tensión de tracción sostenida.

En sectores como la industria del petróleo y el gas, donde los oleoductos desempeñan un papel central en las operaciones, a menudo se origina el fenómeno de fisuración por corrosión bajo tensión en las tuberías. Esto se debe a tensiones excesivas generadas por la alta presión y a la presencia de factores corrosivos en el entorno. Inicialmente, estas fisuras suelen ser difíciles de detectar, pero tienden a crecer con el tiempo. Este tipo de fallo en las tuberías de proceso puede tener un impacto significativo en la capacidad de funcionamiento y la seguridad de una operación

Mecanismo de Corrosión Bajo Tensión y factores que influyen en su desarrollo

La corrosión asistida por esfuerzo es un proceso anódico, el cual es verificado por la aplicabilidad de la protección catódica como una medida efectiva de solución. Usualmente, hay un período de inducción, durante el cual, el agrietamiento se origina a nivel microscópico. Este es seguido por la propagación ramificada. Eventualmente, y en gran extensión, las grietas pueden autodetenerse, como en el típico agrietamiento transcristalino multiramificado de corrosión bajo esfuerzo (figura 1), aparentemente debido al relevo mecánico localizado de esfuerzos¹.

Es un fenómeno que ocurre cuando un material de acero se agrieta cuando se expone a ciertos agentes corrosivos, a niveles de tensión significativamente más bajos que los que se consideraron en su diseño. Este proceso se desencadena debido a la acción simultánea del ambiente corrosivo y las fuerzas mecánicas a las que está sometido el material. Las tensiones que producen el SCC pueden ser tensiones residuales que persisten en el material, tensiones aplicadas o, en ocasiones, una combinación de ambas.

La corrosión bajo esfuerzo representa un riesgo significativo, ya que puede llevar a la falla de un componente en un período de tiempo sorprendentemente corto. A menudo, la presencia del SCC no es evidente a simple vista, lo que lo hace particularmente peligroso cuando se forman colonias de grietas en el material, debido a que estas fisuras pueden provocar rupturas en el componente cuando se produce un cambio en la presión a la que está sometido. En la mayoría de los casos, estas rupturas son causan graves consecuencias en términos de seguridad y operatividad².

Además de la tensión, otros factores pueden acelerar o agravar este tipo de corrosión. La temperatura del entorno juega un papel significativo, ya que influye en la velocidad de corrosión y en la difusión de los productos de corrosión. Ambientes con una concentración elevada de la solución corrosiva también tienden a acelerar el proceso, debido a qué se produce un aumento de la tasa de corrosión localizada y, por lo tanto, la propagación de fisuras.

El mecanismo del SCC es un reto importante en la industria, ya que puede ocurrir en una variedad de condiciones y materiales. La comprensión de los mecanismos que la causan y los factores que influyen en su desarrollo es esencial para implementar estrategias efectivas de prevención y mitigación de este tipo de corrosión en una amplia gama de aplicaciones industriales.

Estrategias de control y mitigación del SCC

El control efectivo del agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es un componente crítico en la gestión de la integridad de estructuras expuestas a este fenómeno. Dado que en la mayoría de los casos los factores que influyen se mantienen relativamente constantes, este problema requiere de maniobras específicas para prevenir y mitigar sus efectos perjudiciales. A continuación se presentan algunas estrategias para mitigar este tipo de corrosión.

1. Minimizar o controlar el nivel de tensión: Mediante tratamientos térmicos de alivio de tensiones, granallado o diseñando componentes para distribuir el estrés uniformemente.
2. Selección de materiales resistentes: La elección de materiales, desempeña un papel considerable en la prevención de la Corrosión Bajo tensión. Estos materiales generalmente presentan una mayor resistencia a la corrosión bajo tensión y, en consecuencia, son menos susceptibles a la formación de fisuras.
3. Aplicar recubrimientos protectores: Proporcionando una barrera ante el ambiente corrosivo, reduciendo la probabilidad de SCC.
4. Control ambiental: Controlar la temperatura, la humedad y la concentración de especies corrosivas.
5. Inspecciones regulares: Estas inspecciones pueden incluir técnicas de evaluación no destructiva, como la radiografía, el ultrasonido y la inspección visual.
6. Protección Catódica (CP): Es una herramienta valiosa en el control y mitigación de la corrosión. Esta técnica consiste en aplicar corriente eléctrica para polarizar las estructuras metálicas y reducir la velocidad de corrosión. Mediante este método de control se modifican los potenciales electroquímicos de las superficies metálicas, disminuyendo la formación de fisuras. La CP es particularmente efectiva en entornos donde la corrosión bajo tensión es un problema recurrente.

El control y la mitigación del SCC son aspectos críticos en la gestión de la integridad de estructuras y componentes expuestos a este fenómeno. La combinación de estrategias que incluyen el mantenimiento de potenciales, la selección de materiales resistentes, inspecciones regulares y la protección catódica son fundamentales para controlar problemas de corrosión bajo tensión y garantizar la seguridad y la durabilidad de las estructuras en una variedad de aplicaciones industriales.

Casos prácticos

Seguidamente, se presentan ejemplos adicionales de situaciones en las que se ha presentado casos de SCC en diversas aleaciones.

• En acero con menos del 0.01% de carbono, junto con pequeñas cantidades de manganeso, azufre y silicio, en una solución de nitrato de amonio a alta temperatura.
• En titanio comercial que contiene 600 ppm de oxígeno y 100 ppm de hidrógeno en ambientes específicos.
• El agrietamiento de cobre con un contenido de 0.004% de fósforo o 0.01% de antimonio en presencia de amoníaco (NH₃) o iones de amonio.
• En acero inoxidable, austenítico en aplicaciones de procesos químicos, donde la presencia de cloruros en un ambiente agresivo desencadena SCC.
• Agrietamiento de aleaciones de aluminio en entornos marinos, particularmente en componentes expuestos a la salinidad y la humedad.
• En acero dúplex en aplicaciones offshore de petróleo y gas, donde la combinación de cloruros y sulfuros en ambientes ácidos puede desencadenar SCC.
• Agrietamiento de acero al carbono en tuberías de agua potable que contienen trazas de amoníaco, lo que resulta en una corrosión bajo tensión en entornos no corrosivos.

Estos casos prácticos demuestran la diversidad de situaciones en las que el SCC puede ocurrir y subrayan la importancia de una gestión integral de la corrosión para prevenir problemas de integridad en una amplia gama de aplicaciones industriales

Conclusión

El agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión es un fenómeno crítico en la integridad de materiales y estructuras, particularmente en industrias como la del petróleo, el gas y la energía. Comprender sus mecanismos es fundamental para implementar estrategias efectivas de control y mitigación.

Referencias bibliográficas

1. NACE; “Curso de Corrosión Básica, NACE International, 2004”, 01/15/04; pág. 5-45
2. Herbert H. Uhlig; Corrosión y control de corrosión; Ediciones Urama S.A