Jornadas SAM - CONAMET - AAS 2001, Septiembre de 2001 739-746 CAUSAS DE CORROSIÓN DE TEJIDO DE ALAMBRE CINCADO R. Suarez Baldo, D. Salinas y J. Bessone Instituto de Ing. Electroquímica y Corrosión, Depto. de Química e Ing. Química, Universidad Nacional del Sur, Bahía Blanca. e-mail: [email protected] RESUMEN Se analizan las causas de corrosión prematura de un tejido romboidal de alambre de acero cincado, utilizado para cerco perimetral en la zona del polo petroquímico de Ing. White. La atmósfera de la zona puede catalogarse desde el punto de vista corrosivo como marina industrial, con fuertes vientos. El ensayo de capa útil realizado en muestras de tejido nuevo indicó, en la mayoría de las probetas, un espesor superior al mínimo especificado en la norma IRAM 721 para cincado liviano (80 g/m2). Se observaron secciones transversales de los alambres mediante microscopía óptica y electrónica, y se analizaron los productos de corrosión mediante difracción de rayos X. La oxidación incipiente de los alambres se atribuye, en primer término, a que el espesor del cincado no era apropiado para las condiciones ambientales del sitio de instalación, de acuerdo con la experiencia internacional; y en segundo lugar, a que las irregularidades del acero base generaron puntos donde el espesor de cinc era menor al especificado, según lo revelado por el microanálisis. Palabras claves Corrosión Atmosférica, Tejido de Alambre, Acero Cincado, Recubrimientos Metálicos INTRODUCCIÓN Se analizaron las causas de corrosión de un tejido romboidal de alambre de acero cincado*, de 3,25 mm de diámetro, utilizado para el cerco perimetral de una planta del polo petroquímico de Ing. White. Se analizó también la calidad de muestras de tejido nuevo**, similar al instalado, tomadas de dos rollos remanentes de la instalación. Asimismo se comparó el estado del tejido externo con el de otro tipo de tejido cincado, de 2,65 mm de diámetro, utilizado para un cerco interno de la planta***. La atmósfera de la zona puede catalogarse desde el punto de vista corrosivo como marina industrial, con fuertes vientos. RESULTADOS EXPERIMENTALES Inspección visual La inspección del tejido externo se efectuó 8 meses después de su instalación, observándose oxidación incipiente del acero base en varios sectores del mismo. En otros secto *en adelante denominado tejido externo **en adelante denominado tejido nuevo ***en adelante denominado tejido interno res se observó un patrón de ataque particular, consistente en una espira totalmente oxidada y la contigua con muy escaso o ningún ataque del acero (fig. 1). Este patrón abarcaba franjas de 739 Suarez Baldo, Salinas y Bessone tejido de entre 30 y 50 cm de ancho. En el tejido interno, instalado 2 meses antes que el externo, no se observaron signos de ataque del acero. Figura 1. Sector del tejido externo con espiras alternadas completamente oxidadas Análisis de suelo El suelo donde estaban instalados los cercos era de tipo arenoso, proveniente en parte del relleno efectuado con sedimento marino extraído en el dragado de la ría vecina. El análisis mediante difractometría de rayos X indicó que estaba constituido principalmente por feldespato y cuarzo subordinado, con presencia de calcita, óxidos de hierro y cloruro de sodio. Productos de corrosión Se analizaron los productos de corrosión del tejido externo mediante microsonda electrónica y difractometría de rayos X. En las espiras con oxidación incipiente la microsonda detectó Zn, Si, S, Cl, Al, Fe, Mg, Ca y K, mientras que la difractometría indicó presencia de Zn metálico y material amorfo. En las espiras oxidadas la microsonda reveló la presencia de Fe, Zn, Si, S, Cl, Al, Ca y K, y la difractometría identificó óxidos de hierro (hematita, magnetita y goetita), material amorfo y, posiblemente, un sulfato básico complejo de fórmula Na4Fe2(OH)2(SO4)4.3H2O. Determinación de capa útil de cinc Se efectuó el ensayo de capa útil de cinc descripto en la norma IRAM 60712 “Productos Siderúrgicos. Métodos de ensayo del cincado” en muestras de tejido nuevo. Las determinaciones se realizaron en tres laboratorios distintos (Tabla 1). Este método permite determinar el espesor de capa de cinc que realmente protege al alambre, aún en la zona de menor espesor. Consiste en establecer, en una probeta, la capa total de cinc (CT), y en otra, la capa residual (CR), es decir, la capa de cinc que queda sobre el alambre después de haberlo sometido a sucesivas inmersiones en sulfato cúprico hasta obtener un depósito de Cu adherente y continuo de una superficie aproximada de 5 mm2. Por diferencia entre CT y CR se determina la capa útil de cinc 740 Jornadas SAM - CONAMET - AAS 2001 Tabla 1. Ensayo de capa útil de cinc en muestras de tejido nuevo Capa útil de cinc Lugar del ensayo (g/m2) Laboratorio A 82,12 86,4 Laboratorio B 84,4 67,8 87,06 88,66 84,22 Laboratorio C 88,85 89,20 81,94 Cabe acotar que la norma IRAM 721, “Tejido romboidal de alambre de acero cincado, para cercos”, especifica para un diámetro de alambre de 3,25 mm una masa mínima de la capa útil de cinc de 80 g/m2 para el tipo liviano y de 140 g/m2 para el tipo mediano, admitiéndose una disminución máxima del 10% en dicha masa. Análisis de la capa de cinc El análisis de la superficie del tejido nuevo, mediante la microsonda del microscopio electrónico de barrido, indicó -en promedio- un porcentaje atómico de Fe relativo al Zn de 2%. De acuerdo con la bibliografía [1,2], el porcentaje atómico de Fe en la capa de zinc del acero galvanizado es normalmente inferior a 0,08%. Examen microscópico - Tejido nuevo: tanto con el microscopio óptico como con el electrónico se observó, en secciones transversales de los alambres, un acabado superficial del acero base bastante irregular (figs. 2 y 3), en comparación con los alambres del tejido interno. El espesor de cinc tuvo un intervalo amplio de variación, aún en una misma espira. El valor mínimo medido fue de 4 µm (28 g/m2) y el máximo de 25 µm (178 g/m2). Figura 2. Microscopía óptica (400x) de la sección transversal de una muestra de tejido nuevo. 741 Suarez Baldo, Salinas y Bessone (a) (b) Figura 3. a) Micrografía SEM (540x) de la sección transversal de una muestra de tejido nuevo, b) mapeo de Zn obtenido con la microsonda electrónica a fin de observar el perfil de la interfaz hierro/cinc. - Tejido interno: las secciones transversales mostraron una interfaz uniforme entre el acero y el cinc (figs. 4 y 5). El espesor remanente de cinc varió entre 4 y 7 µm (28-50 g/m2). Las irregularidades del acero base se tornaron evidentes recién a magnificaciones del orden de 1000x. Figura 4. Microscopía óptica (400x) de la sección transversal de una muestra de tejido interno. 742 Jornadas SAM - CONAMET - AAS 2001 (a) (b) Figura 5. a) Micrografía SEM (1000x) de la sección transversal de una muestra de tejido interno, b) mapeo de Zn obtenido con la microsonda electrónica a fin de observar el perfil de la interfaz hierro/cinc. - Tejido externo: en las espiras no oxidadas el espesor remanente de cinc varió entre 5 y 17 µm (36-121 g/m2). En las espiras oxidadas la capa de cinc desapareció por completo. DISCUSIÓN Espesor del cincado y condiciones ambientales La American Society for Testing and Materials (ASTM) desarrolla desde 1961 ensayos de corrosión atmosférica en alambres galvanizados y aluminizados, en varios tipos de clima [1]. Integran el ensayo tejidos romboidales de alambre de acero cincado con espesores de cinc entre 467 y 857 µm, recubiertos mediante electrogalvanizado o inmersión en caliente. Los resultados promedio al cabo de 32 años se muestran en la tabla 2. Tabla 2. Velocidad de corrosión promedio de tejidos romboidales de alambre de acero cincado en diferentes tipos de clima [1] Velocidad de corrosión Velocidad de corrosión hasta la oxidación inicial de hasta la oxidación total de la Tipo de clima superficie del acero base la superficie del acero base 2 (g/m2/año) (g/m /año) Marino (25 m de la costa) 115 26 Marino (250 m de la costa) 81 21 Industrial severo (New Jersey) 69 29 Industrial severo (Inglaterra) 88 68 Por otra parte, en un ensayo de cordones de alambre de acero cincado, con 200 g/m2 de cinc, llevado a cabo en clima marino húmedo y ventoso, se observó oxidación inicial del acero base a los 3 meses de comenzado el ensayo y oxidación del 50% de la superficie al cabo de un año [3]. En la tabla 3 se indican velocidades de corrosión atmosférica del cinc informadas por otros autores. 743 Suarez Baldo, Salinas y Bessone Tabla 3. Velocidades de corrosión del cinc en distintos tipos de clima Velocidad de corrosión (g/m2/año) Tipo de clima [4] [5] Marino 4 - 57 57 - 250 Industrial 14 - 114 46 (promedio) Más allá de las observaciones sobre la calidad del tejido externo que se efectúan abajo, resulta evidente -de acuerdo con la experiencia internacional reseñada- que el tipo de tejido utilizado para el cerco perimetral no era apropiado para las condiciones ambientales del sitio de instalación. En las áreas costeras, la acción mutua de la abrasión (provocada por el viento y la arena) y la corrosión salina produce un consumo rápido de la capa de cinc. Aún en el caso de que la calidad del tejido instalado hubiera sido óptima, los primeros signos de oxidación habrían aparecido al año o quizás antes. Productos de corrosión La destacada presencia de Si en los productos de corrosión, tanto en el tejido interno como en el externo, revela la contribución importante de la abrasión producida por la arena al proceso de ataque del cincado. La presencia de Cl y S, posiblemente formando cloruros y sulfatos básicos de Zn, es típica de atmósferas marino-industriales [6]. En las espiras oxidadas del tejido externo es notorio el predominio de los óxidos de Fe sobre los restantes productos de corrosión; tanto el microanálisis como la difractometría no detectan presencia de Zn metálico, indicando que el recubrimiento de Zn ha desaparecido. Calidad del tejido nuevo Debido a las irregularidades en el acabado superficial del acero base, la capa útil de cinc medida según la norma IRAM 60712 nunca supera los 90 g/m2, pese a que en varias partes el espesor total de cinc es superior a dicho valor. En el ensayo de esta norma el primer depósito permanente de Cu se forma sobre la “cresta” de acero más saliente de la probeta, de modo que el espesor medido es el menor de la probeta ensayada. Por otra parte, el microanálisis indicó en algunos puntos un espesor menor al exigido por la norma IRAM 721, con mínimos de hasta 28 g/m2. Respecto del contenido de Fe de la capa de zinc medido con la microsonda, si bien este método es semicuantitativo, la aparición clara del pico de Fe en el espectro implica que el contenido de ese metal es mayor a la sensibilidad del método (>0,1%) y, por lo tanto, mayor al reportado en la bibliografía como habitual. Los compuestos intermetálicos Zn-Fe y Zn-Al presentes como inclusiones son potenciales sitios catódicos y pueden dar lugar a corrosión localizada [2]. Causas de corrosión del tejido externo Se distinguen dos situaciones diferentes: oxidación inicial de los alambres en diferentes sitios y franjas de tejido con espiras alternadas completamente oxidadas. La primera de las situaciones se atribuye a las irregularidades del metal base y a los puntos donde el espesor de cinc es menor al especificado, de acuerdo a lo revelado por el microanálisis. Los puntos donde el acero base queda expuesto a la atmósfera por desaparición del cincado, constituyen sitios 744 Jornadas SAM - CONAMET - AAS 2001 catódicos (sitios donde se reduce el O2) que aceleran la corrosión del recubrimiento, de acuerdo con el esquema de la figura 6. Puntos catódicos Situación inicial Proceso de corrosión paulatina de la capa de cinc El metal base es expuesto puntualmente, originando mayor cantidad de sitios catódicos Figura 6. Exposición de zonas libres de recubrimiento debido a la rugosidad relativamente alta del metal base. Respecto al segundo caso, si bien en las muestras de tejido nuevo, sobrante de la instalación del cerco externo, el ensayo de capa útil arrojó en la mayoría de las probetas un espesor superior al mínimo especificado en la norma IRAM 721 (80 g/m2), es posible que las espiras completamente oxidadas del tejido externo hayan tenido un espesor original inferior a dicho valor (tal vez no mayor a 40 g/m2). Refuerza esta suposición el patrón alternado que siguen las espiras oxidadas, lo que puede atribuirse a que uno de los rollos de alambre con los que se tejió la malla tenía, total o parcialmente, un espesor de cinc inferior a los demás. No obstante, esta hipótesis no pudo comprobarse efectivamente ya que no se dispuso para el presente estudio de una muestra original del sector de tejido que sufrió este singular patrón de ataque. Estado del tejido interno La superficie relativamente regular del acero base y el espesor uniforme de la capa de cinc se relacionan con la ausencia de oxidación inicial observada hasta la fecha de inspección. CONCLUSIONES • El espesor de cinc del tejido utilizado en el cerco externo no era apropiado para las condiciones ambientales del sitio de instalación. • Las muestras analizadas de tejido nuevo remanente de la instalación del cerco externo, si bien cumplían en promedio con el espesor mínimo de capa útil de cinc establecido en la norma IRAM 721, presentaban irregularidades en el acabado superficial del acero base y puntos con espesor de cinc inferior al especificado. Estos factores produjeron la aparición prematura de oxidación inicial. • La oxidación completa de algunas espiras del cerco externo se debió, probablemente, a que tenían un espesor original de cinc inferior al resto de las espiras 745 Suarez Baldo, Salinas y Bessone BIBLIOGRAFÍA 1. B. G. Sweet, T.C. Britton, Jr. Atmospheric corrosion investigation of aluminum-coated, zinc-coated, and copper-bearing steel wire and wire products: a thirty-two year report. ASTM, Philadelphia, 1995. 2. A. M. Beccaria, G. Poggi, P. Traverso, M. Ghiazza, F. Falcioni. Influenza di alcuni parametri (struttura, inclusioni, ossidi superficiali) sulla corrosione atmosferica di acciai zincati, La Metallurgia Italiana, 85, 323-327, 1993. 3. T. C. Chang, Y. I, Y.T. Horng. A simulative laboratory test for evaluation of metallic corrosion in windy coastal atmosphere, Proceedings 10th International Congress on Metallic Corrosion, Madras, India, Vol. 1, 9-15, 1987. 4. E. Mattsson. The atmospheric corrosion properties of some common structural metals – A comparative study, Materials Performance, 21 (7), 9-19, 1982. 5. Zinc - Its Corrosion Resistance, Int. Lead Zinc Research Org., Inc., N.Y., 86, 1983. 6. S.B. Lyon, G.E. Thompson, J.B. Johnson, G.C. Wood, J.M. Ferguson. Accelerated atmospheric corrosion testing using a cyclic wet/dry exposure test: aluminum, galvanized steel, and steel, Corrosion, 43, 719-726, 1987. 746