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Jornadas SAM - CONAMET - AAS 2001, Septiembre de 2001
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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
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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
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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.
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(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.
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(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.
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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
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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
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