sem – eds en la evaluación de la corrosión intergranular del acero

Hernández, et. al.
Acta Microscopica Vol. 22, No. 1, 2013, pp. 99 - 104
SEM – EDS EN LA EVALUACIÓN DE LA CORROSIÓN INTERGRANULAR DEL ACERO
UNS S30400
J. Hernández*, Y. Peña
Universidad Nacional Experimental Politécnica .UNEXPO, Barquisimeto, Venezuela.
*Autor de correspondencia, E-mail: [email protected]; [email protected].
Recibido: Julio 2012. Aprobado: Agosto 2012.
Publicado: Enero 2013
RESUMEN
La corrosión intergranular en los aceros inoxidables austeníticos consiste en la formación de carburos de cromo en los
bordes de grano, lo cual crea áreas empobrecidas en cromo alrededor de los mismos, facilitando el progreso de la corrosión.
En este estudio se evaluó la influencia del tiempo de exposición a diferentes temperaturas en el rango de sensibilización
sobre la resistencia a la corrosión intergranular del acero UNS S30400 en un medio de ácido nítrico al 65% en ebullición.
Las variables de estudio fueron la temperatura de sensibilización (450, 650 y 850 ºC) y el tiempo de exposición a la
sensibilización (10, 25 y 50 min), por lo cual se realizó el montaje de corrosión intergranular según las normas: ISO-3651-1
y ASTM A-262 parte C. Para la evaluación se utilizó la técnica de pérdida de peso; así como ensayo de doblez, análisis
metalográfico mediante microscopia óptica y electrónica de barrido y espectroscopia por dispersión de energía de rayos X.
Los resultados obtenidos indicaron que la resistencia a la corrosión intergranular aumentaba con el tiempo a las
temperaturas evaluadas, obteniendo los mayores daños a 650°C, evidenciándolo con el análisis metalográfico donde se
muestra el engrosamiento de los límites de granos, presencia de precipitados y agrietamiento. Así mismo, esta condición se
constató con el aumento de los valores de la velocidad de corrosión.
Palabras claves: Acero Inoxidable, Corrosión Intergranular, Sensibilización.
SEM - EDS IN THE EVALUATION OF INTERGRANULAR CORROSION IN STEEL UNS S30400
ABSTRACT
The intergranular corrosion in austenitic stainless steels is the formation of chromium carbides at the grain boundaries,
which creates chromium depleted areas around them, facilitating progress of intergranular corrosion. This study evaluated
the influence of exposure time at different temperatures in the range of sensitization of the intergranular corrosion resistance
of UNS S30400 steel in nitric acid medium boiling 65%. The variables studied were temperature sensitization (450, 650 and
850 ° C) and exposure time to sensitization (10, 25 and 50 min), which was assembled from intergranular corrosion
according to standards: ISO-3651-1 and ASTM A-262 part C. For evaluation was used weight loss technique, as well as
bending test, metallographic analysis by light microscopy and scanning electron microscopy and energy dispersive
spectroscopy X-ray The results indicated that the intergranular corrosion resistance increased with time at temperatures
evaluated, obtaining greater damage to 650 ° C, it evident with metallographic analysis showing thickening grain
boundaries, precipitates and presence of cracking . Furthermore, this condition was found with increasing values of the
corrosion rate.
Keywords: Stainless Steel Intergranular Corrosion, Sensitization.
INTRODUCCIÓN
La corrosión es uno de los principales responsables de la
El impacto económico producido por este fenómeno es
destrucción de los materiales metálicos, la cual llega a
muy cuantioso, lo que implica generalmente entre un 3 a
causar innumerables daños en la industria.
4% del PIB de cada país, por lo cual se justifica el uso de
aleaciones
especiales
para
ambientes
agresivos
específicos tales como los encontrados en la industria
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petroquímica,
de
alimentos,
biotecnológicas,
entre
otras;
siendo
farmacéutica,
los
Mediante
ensayos
de
sensibilización
es
posible
aceros
determinar la susceptibilidad de un acero inoxidable
inoxidables austeníticos, por su característica de crear
austenítico a la corrosión intergranular. Dicho proceso
una capa pasiva resistente a la corrosión, uno de los
consiste en efectuar un recocido a temperaturas entre
materiales más utilizados.
420-850 ºC y determinar los tiempos de precipitación de
los
Una de las principales desventajas que presentan en
carburos
de
cromo,
para
luego
evaluar
el
comportamiento del material en el medio corrosivo.
servicio los aceros inoxidables austeníticos, es la
corrosión intergranular, que puede presentarse en este
El presente estudio evaluó la influencia del tiempo de
material si se encuentra sensibilizado como resultado de
exposición a diferentes temperaturas dentro del rango de
un tratamiento térmico o un proceso de soldadura
sensibilización sobre la resistencia a la corrosión
inadecuado [1].
intergranular del acero AISI-304 en ácido nítrico. Para
ello se emplearon como variables de estudio la
La corrosión intergranular en los aceros inoxidables
temperatura de sensibilización (450, 650 y 850 ºC) y el
austeníticos se basa en la formación de carburos de
tiempo de exposición a la sensibilización (10, 25 y 50
cromo preferencialmente en los bordes de grano que
min), por lo cual se realizó el montaje de corrosión
conduce a la formación de bandas empobrecidas en
intergranular según lo establecido en las normas:
cromo alrededor de los carburos formados [2]. De esta
ISO3651-1 [3] y ASTM A-262 parte C [3].
manera el límite de grano adquiere un potencial activo
respecto del resto del grano que es pasivo; produciéndose
Para la evaluación se utilizó la técnica de pérdida de peso
entonces un ataque electroquímico en el cual el borde del
con la que se calculó la velocidad de corrosión para cada
grano es anódico. Los aceros en esta condición se llaman
nivel de estudio; así como ensayo de doblez y análisis
sensibilizados.
metalográfico mediante microscopia óptica y electrónica
de barrido (MEB). Adicionalmente, se efectuó una
Los medios capaces de producir corrosión intergranular
caracterización química mediante Espectroscopia por
en los aceros inoxidables austeníticos sensibilizados son
Dispersión de Energía de Rayos X (EDS).
entre otros: agua de mar, crudos de petróleo, disolventes
orgánicos clorados, ácido acético, ácido crómico, cloruro
MATERIALES Y MÉTODOS
férrico, ácido sulfúrico, nítrico y sus mezclas, etc.
Se prepararon e identificaron 21 probetas de acero
inoxidable UNS S30400 de forma rectangular con
En el caso del ácido nítrico, este compuesto químico se
dimensiones de 10 mm de ancho, 50 mm de largo y de
emplea en la preparación de diversos colorantes,
2,35 mm de espesor, cumpliendo con las normas ASTM
fertilizantes, productos farmacéuticos y explosivos tales
A-262 parte E [3] y la ISO 3651-2 [4], de las cuales 18
como la nitroglicerina, nitrocelulosa y trinitrotolueno
probetas fueron sensibilizadas y se les realizó el ensayo
(TNT); así mismo, se utiliza en metalurgia y para
de corrosión intergranular establecido en las normas
procesar combustibles nucleares, lo cual hace importante
ISO3651-1 y ASTM A-262 parte C; 2 probetas no se
su estudio como medio corrosivo.
sensibilizaron pero si se les realizó el ensayo de corrosión
intergranular y la probeta restante no fue sensibilizada ni
se le aplicó el ensayo de corrosión.
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El proceso de sensibilización consistió en someter a las
calor, tal como se observa en la Figura 2. Luego del
probetas a una temperatura dentro del rango de
ensayo se tomó el peso final de cada probeta.
sensibilización del material (450-850 ºC); así mismo, se
Se sometieron a las probetas a un ensayo de doblez luego
varió el tiempo de permanencia de las probetas en cada
del ensayo de corrosión, el cual consistió en un doblado a
una de estas temperaturas (10, 25 y 50 min), tal como se
180º y posterior inspección visual.
indica en la Figura 1. Luego de la sensibilización del
material se procedió a efectuar un temple en agua a fin de
Las
mantener
microestructural mediante Microscopia Óptica (OM),
la
microestructura
generada
por
el
calentamiento.
probetas
Microscopia
se
prepararon
Electrónica
de
para
el
Barrido
análisis
(SEM)
y
Espectroscopía por Dispersión de Energía de Rayos X
(EDS) para caracterizar la morfología e identificar la
composición química de las fases presentes.
Finalmente, se calcularon las velocidades de corrosión
para cada probeta, según lo establecido en la norma
ASTM A-262 parte C.
Fig. 1. Temperaturas y tiempos utilizados para la
sensibilización.
Se realizó la limpieza superficial de las probetas, con lija
de carburo de silicio desde grano 80 hasta 600, enjuague
con agua y secado. Posteriormente, se les realizó un
decapado según lo establecido en la norma ASTM A-262
parte C, sumergiéndolas en una solución de ácido nítrico
(HNO3) al 20%, a una temperatura entre los 49 ºC y
Fig. 2. Montaje del Ensayo de Corrosión Intergranular.
60ºC por un tiempo de 20 minutos, para luego lavarlas
con abundante agua y secarlas. Finalmente, se procedió a
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
pesar cada probeta.
En la Figura 3 se presentan los resultados obtenidos de la
El ensayo de corrosión intergranular se realizó bajo lo
probetas de acero inoxidable AISI 304 después de ser
establecido en las normas ISO-3651-1 y ASTM A-262
sometidas al ensayo de corrosión intergranular bajo las
parte C, el cual consistió en la inmersión de las probetas
normas ISO-3651-2 y ASTM A-262 parte C.
velocidad de corrosión promedio calculada para las
sensibilizadas en ácido nítrico (HNO3) al 65 % en
ebullición en un contenedor de tipo erlenmeyer equipado
con un condensador de vidrio del tipo reflujo resistente al
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En cuanto al tiempo de exposición, en esta temperatura se
destaca que a medida que este aumenta, también ocurre
un aumento considerable en la velocidad de corrosión, de
aquí que para el tiempo de exposición máximo y a esta
temperatura quedan establecidas las condiciones más
críticas para el material trabajado, ya que para estas
condiciones se obtiene el valor más alto de velocidad de
corrosión, de igual manera las réplicas presentaron este
comportamiento.
Fig. 3. Velocidades de corrosión promedios de las
muestras sensibilizadas y de la muestra patrón (sin
sensibilizar).
Las muestras patrón no sensibilizadas presentaron una
Para las muestras sensibilizadas a 650 ºC se obtuvieron
expuestas a las diferentes temperaturas de sensibilización
valores de la velocidad de corrosión mayores que a las
trabajadas. Lo obtenido se debe a que las muestras no
otras temperaturas de sensibilización, en otras palabras
fueron sometidas al calentamiento, y por ende no ocurrió
se presentaron los valores de resistencia a la corrosión
la precipitación de carburos de cromo en los bordes de
intergranular más bajos para este tipo de acero inoxidable
granos, quedando el cromo disuelto en el interior del
austenítico a esta temperatura de sensibilización.
material, permitiendo formar la capa o película pasiva
velocidad de corrosión menor que todas las muestras
que protege al material del medio al que esté expuesto.
En las Figuras 4 y 5 se observan las micrografías
obtenidas mediante microscopía óptica (OM), para
probetas sometidas a sensibilización a las diferentes
temperaturas, luego de los ensayos de corrosión y de
doblez. Se detallan las diferencias significativas en el
engrosamiento de los granos y agrietamiento, destacando
un mayor deterioro en las probetas que se sensibilizaron
a 650ºC, lo cual concuerda con los resultados obtenidos
mediante las velocidades de corrosión.
Fig. 4. Metalografías 350X. Agua regia. A) Probeta
patrón. B) Probeta a 450ºC y 50 min.
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Fig. 5. Metalografías 830X. Agua regia. A) Probeta a
650°C y 50 min. B) Probeta a 850ºC y 50 min.
En la figura 6 se observan las micrografías obtenidas por
SEM para la temperatura de 650ºC a diferentes tiempos
de exposición a esta temperatura, en la cual se detalla el
aumento del engrosamiento de los granos a medida que
aumenta el tiempo de exposición; adicionalmente,
se
observa la descohesión de los granos en los límites de
granos.
Las condiciones observadas en las figuras 4, 5 y 6,
afectan las propiedades mecánicas del material ya que los
Fig. 6. Micrografías del corte longitudinal de la probeta
sensibilizada a 650ºC a diferentes tiempos de exposición
(A: 10 minutos; B: 25 minutos; C: 50 min).
carburos se convierten en concentradores de esfuerzo
cuando
el
material
es
sometido
a
deformación,
Por otra parte, en la Figura 7 se muestra la composición
produciendo fisuras finas que conllevan a la formación de
química elemental de algunas áreas del material realizado
grietas intergranulares, transgranulares y microgrietas
por EDS, para detectar variaciones significativas de
que podrían ocasionar fallas en el servicio de este
cromo entre áreas del grano y áreas del límite de grano,
material.
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lo cual nos permite tener evidencia de que efectivamente
metalográfico donde se muestra el engrosamiento de los
hubo sensibilización del material.
límites
de
granos,
presencia
de
precipitados
y
agrietamiento. Así mismo, esta condición se constató con
el aumento de los valores de la velocidad de corrosión.
REFERENCIAS
[1] ASM Metals Handbook Volume 13. “Corrosion”.
ASM International U.S.A. 1997.
[2] Terán, G.; Tovar, C.; Portocarrero, J.; Sánchez, N. A.
de (2004). “Estudio de la corrosión producida en
aceros inoxidables 304 en procesos de soldadura”.
Dyna, 71, 144, 61-66.
[3] Cortes, R. Villanueva, J. Ponce, E. Rojas M. Rojas,
E. (2004). “Estudio de la soldabilidad y corrosión del
acero inoxidable AISI 904L con los agentes utilizados
en la lixiviación del cobre”. Revista Facultad de
Ingeniería, UTA (Chile): 12, 2, 43-56.
[4] Ossa, C. Neusa, A. André, P. (2003). “Estudio de la
resistencia a la corrosión de aceros inoxidables
austeníticos
usados
en
implantes
quirúrgicos”.
Scientia et Technica 23, 29-33.
[5] Romero, G. (2005). “Determinación del grado de
Fig. 7. Análisis por EDS en diferentes zonas de la
probeta sensibilizada a 650ºC por 25 min., 1000X y su
respectivo espectro de elementos químicos en la zona
señalada en A: en el grano y B: en un precipitado. Se
destaca el contenido de Cr, donde se observa diferencias
significativas en el grano y en el precipitado.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos permiten concluir que la
resistencia a la corrosión intergranular aumentaba con el
tiempo a las temperaturas evaluadas, obteniendo los
mayores daños a 650°C, evidenciándolo con el análisis
sensibilización del acero AISI 304 al aplicar el
proceso
de
soldadura
SMAW
a
diferentes
temperaturas de precalentamientos”. Trabajo de Tesis
realizado
en
la
UNEXPO
vice-rectorado
Barquisimeto.
[6] ASTM A-262 (2005). “Detecting Susceptibility to
Intergranular
Attack
in
Austenitic
Stainless
Steels.American”.
[7] ISO-3651-1 (1998). “Determination of resistance to
intergranular corrosion of stainless steels”.
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