capítulo ii.1 tipos de corrosiÓn

8/16/2019 Capítulo II.1 TIPOS DE CORROSIÓN

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Dra.

Matilde Fernández de Romero

Piura, Junio 2015 © CEC-LUZ-INCORS2013

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CORROSIÓN UNIFORME

Es una reacción química o electroquímica queocurre uniformemente sobre la superficiedel metal expuesta, la cual se adelgaza yeventualmente falla.

Por ejemplo: orrosión del !ierro

en un "cido sulf#ricodiluido.

$ubería de aceroexpuesta a laatmósfera

Oxidación a altastemperaturas

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%&&%'()* +*(%&-E

taque uniforme sobre toda la superficiedel metal expuesto.



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LEY DE FARADAY

/ 0 1 x ( x t2onde:

( 0 t 0 s

1 0 g3

2onde:

P 0 Peso atómico 4g3mol5n0 *6 de electrones

transferidos

+nidades:

mpy

mm3a7o

mdd

nF

PAK =

0 89.;; 3mol


PÉRDIDA DE MASA? x /

2 x x t2onde: /0 P=rdida en Peso 4mg5

20 2ensidad delesp=cimen 4g3cm >5

0 @rea del esp=cimen4inA5

t0 $iempo de exposición4Boras5

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Velocidad de Corrosión de un metal sometido a unaDensidad de Corriente de 1 A/cm



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!IEMP" #$E !ARDA $%A L&MI%A ME!&LICA E% SERPERF"RADA 'ESPES"R 1 mm(


C"RR"SI)% $%IF"RME

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mm/a mpa

LOW < 0,025 < 1,0

MODERATE 0,025 - 0,12 1,0 - 4,9

HIGH 0,13 - 0,25 5,0 - 10

SEVERE > 0,25 > 10

RP0775-2005 “Preparation, Installation, Analysis, andInterpretation of Corrosion Coupons in Oilfield Operations”

CASOS DE CORROSIÓNUNIFORME

Figura 2. Corrosión Uniforme en unatubería interna generada por H2CO3

Figura 1. Corrosión uniforme de un tubo de

amarradero de barcos

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CORROSIÓN POR PICADURAS

Es un ataque localizado donde la profundidad

del agujero es normalmente igual o mayor

que el diámetro del mismo.

Características:

A menudo Difíciles de detectar

Difíciles de medir cuantitativamente y evaluar enel laboratorio:

Aislados o muy juntos

ya que algunas veces requiere de largos tiempos de exposición (variosmeses o años), dependiendo del metal y el medio corrosivo.

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ATAQUE LOCALIZADO

Ataque severo localizado sobre la superficiedel metal expuesto.

Las picaduras usualmente crecen en la dirección de la gravedad en la partebaja de superficies horizontales y muy pocas veces en superficiesverticales. Raras veces crecen en la parte superior de superficieshorizontales. (Formas/ Internal Corrosion)

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Evaluación de los daños por picadura

El estándar ASTM G-46: “Guía para elestudio y evaluación de corrosión porpicaduras”, comprende un conjunto deprocedimientos a ser utilizados en laidentificación y evaluación de picadurasy determinar la extensión del daño.

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Heterogeniedades más comunes son:

Presencia de fases dispersas en la matriz metálica de diferente composición químicaque ésta. Muchas de estas inclusiones son de naturaleza catódica por lo quepromueven la oxidación del metal contiguo a ellas.

Presencia de partículas contaminantes sobre la superficie, principalmente partículasde metales extraños incluidas durante el mecanizado, roce con herramientas detrabajo, contacto con otrosmetales durante el almacenamiento, etc.

Existencia de segregaciones. Esto ocurre cuando la concentración de un elementoaleante o impureza no esuniforme endistintos puntosde unapieza metálica.

Regiones del metal conformadas en frío, las cuales corresponden a estructurascristalinas altamente desorganizadas. Son regiones de mayor energía (anódicas) conrespecto a la superficie metálica no deformada.

Regiones del metal sometidas a tensión y deformación elástica tienden a poseermayor energía con respecto a aquellas queno sonsometidas a tensión.

Dónde se presentaGeneralmente

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Mecanismo

Inicio ?

Una celda de concentración localizada

Sedimentos sobre la superficie(precipitado de sales)

Imperfecciones localizadas-superficiales(rayas, mallas, etc.)

Impurezas del metal (inclusiones) © CEC-LUZ-INCORS

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PropagaciónLa picadura como un procesoautocatalítico

1. Se producen condiciones que estimulan lapicadura.

2. La disolución del metal produce una altaconcentración de iones M+.

3. Esto atrae al Cl- del electrolito formándose losCl-M+ y disminuyendo la solubilidad del O2.

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4. El Cl-M+ se hidroliza formando HCl

incrementando la acidez:M+Cl- + H2O MOH + H+Cl-

5. El incremento de la acidez y en laconcentración de Cl- conduce a un aumentoen la velocidad de ataque

6. Los electrones liberados por la disolucióndel metal son descargados por la reaccióncatódica fuera de la picadura. Relación deárea desfavorable.

Propagación

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Mecanismoautocatalíticoobservado en

agua de mar apH 7.

Iones Iniciadores: Cl-, Br-, ClO-, Cl2Cationes perjudiciales:

Fe+3 + e-

Fe+2

Cu+2 + 2e-

Cu Detergentes a base de hipocloritos.

Cloruros + agentes oxidantes sonaltamente agresivos.

Hidróxidos, cromatos y silicatospromueven picaduras si son usadosdeficientemente como inhibidores.

Efecto de algunos iones

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Efecto de la velocidad

Participantes

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Efecto de las variables metalúrgicas

lementoaleante

fecto sobre la resistencia a la

picadura

Cromo Incrementa

Níquel Incrementa

Molibdeno Incrementa

Silicio

Disminuye; Incrementa en presencia

deMo

Titanioy Niobio

Disminuye la resistencia en

presencia de FeCl

3

; en otros medios

no afecta

A ufre y S elenio Disminuye

Carbono

Disminuye; especialmente en

condici!nsensibili ada

Nitr!"eno Incrementa

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Evaluación de los daños por picadura• ASTM G-46. Practice for examinat ion and evaluation of pitting

corrosion.

• ASTM G-48. Test methods for pitting and crevice corrosion resistance

of stainless steels and related alloys by the use of ferric chloride

solution.

• ASTM G. 60 Standard reference test methodfor making potentiostatic

and potentiodynamic anodic polarization measurements.

• ASTM G-61. Test method for conducting cyclic potentiodynamic

polarization measurements for localized corrosion susceptibility of

iron, nickelor cobaltbasedalloys.

• NACE TM0274. Dynamic corrosion testing of metals in high

temperature water.

• ASTM G-85. Modified salt spray (fog) testing.

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Material: Hierro fundido niquelado

Medio: Agua de mar

Sistema: Válvula de mariposa enun barco

Tiempo de fallo: 3 meses

Causa: Ni es noble respectodel e fundido! Corrosi"nlocali#ada intensa en losdefectos del recubrimiento!

$emedio: $ecubrir congoma o utili#ar unmaterial como un broncede Ni % Al

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Material: Titanio

Medio: &isolventes 'rgánicos

Sistema: Tuber(a deevacuaci"n de un tanque

Tiempo de allo: ) mesesCausas: *resencia decloruros en el medio$emedio: Construir el tubo en *V&

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Picaduras del Inconel en Salmuera

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Prevención:

Selección de materiales (Hasteloy F,Hastelloy C, Titanio).

Inhibidores (adecuadamente).

Protección catódica. Agitación.

Eliminar espacios confinados.

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Corrosión en la industria petroleraCorrosión por CO2

Mecanismo

Etapa 1Disolución delCO2 en agua

Etapa 2

Transporte de los ionesdesde la solución hasta

la superficie del metal

CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 HCO3- + H+

HCO3-

CO3=

+ H+

HCO3-(sol) HCO3

-(ad)

H+(sol) H+

(ad) © CEC-LUZ-INCORS

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Mecanismo

Etapa 3 Reacciones electroquímicas en la superficie del metal:

Fe Fe++ + 2e-Anódica

2H2CO3 + 2e- H2 + 2HCO3

-

Catódica 2HCO3- + 2e- H2 + 2CO3

=

2H+ + 2e- H2

Corrosión por CO2



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Mecanismo

Etapa 4 Transporte de los

productos del procesode corrosión desdela superficie del metal

hasta el fluido

Fe2+(sup) Fe++

(sol)

HCO3-(sup) HCO3

-(sol)

CO3=

(sup) CO3=

(sol)

2HCO3- + Fe++ Fe(HCO3)2CO3= + Fe++ FeCO3

Corrosión por CO2

Carbonato de Hierro © CEC-LUZ-INCORS2013

Morfología

Corrosión por CO2

Fe++

Fe++ FeCO3

Corrosión Uniforme

Corrosión por Picadura

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Corrosión por CO2

CO2 corrosion on couplings

CO2 corrosion on rod bodies

Se caracteriza por la formación hoyos

profundos con bordes agudos, conectadosentre sí para crear una "carcomido" oapariencia acanalada


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Corrosividad del medio según la presión parcial de CO2 paraen acero al carbono:

pCO2 > 30psi Muy corrosivo

3psi < PCO2 < 30psi Corrosivo

pCO2 < 3psi Corrosividad muy poco probable

NACE SP 0106-2006: Control of Internal Corrosion inSteel Pipelines and Piping Systems

Corrosión por CO2

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Factores que afectan la velocidad de corrosiónTemperatura

CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA

Corrosión por CO2

Fe++

Fe++

FeCO3

T < 60ºC

T > 60ºCT < 150ºC

T > 150ºC

Corrosión uniforme

Corrosión localizada

Capa protectora

FeCO3

Tipos:

Corrosión uniforme

Corrosión por picadura

Agrietamiento bajo tensión en presencia de sulfuroSulfidric Stress Corrosion Cracking (SSCC)

Agrietamiento inducido por hidrógenoHydrogen Induced Cracking (HIC)

Corrosión por H2S

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Corrosividad del medio

pH2S > 0.2psi

[H2S]aq > 50ppm

Corrosiónprobable

Corrosión uniformeCorrosión por picadura

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Corrosión por H2S

Morfología

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Corrosión por H2S

Corrosión bajo tensión en presencia de sulfuros (SSCC)Condiciones: p H 2 S > 0.05psia NACE MR 0175

pH ácido Esfuerzos aplicados cercanos al punto de

cedencia

Morfología: Grietas ramificadas en la superficie del

metal, generalmente la grieta esintergranular.

Se observa una capa negra de sulfuro dehierro con pequeñas evidencias decorrosión uniforme.

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Corrosión por H2S


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Corrosividad del medio y Morfología

Agrietamiento inducida por hidrógeno (HIC)Condiciones: pH ácido

Dureza del acero > 22Rockwell C

Morfología: Presencia de ampollas o grietasescalonadas en dirección paralela a lasuperficie del acero

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Corrosión por H2S

Mecanismo

Etapa 1Disociación del

H2S en agua

Etapa 2 Reacciones electroquímicas en la superficie del metal

(corrosión uniforme y corrosión por picadura)

En el cátodo

En el ánodo

H2S H+ + HS-

HS- H+ + S=

Fe Fe++ + 2e-

H2S + Fe FexSy + H2

2H+ + 2e- H2

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Corrosión por H2S

Productos de corrosión

Compuesto formado Presión Característica

Fe9S8 Kansita > 0.1psi No protector

FeS Troilita < 0.1psi Medianamente protector

(poroso)FeS2 Pirita < 0.1psi Protector (compacto)

pH ≈ 3 a 4 o pH > 9 Pirita y Troilita

pH ≈ 4 a 6.3 o pH ≈ 8.8 a 10 Kansita (predominante),Pirita y Troilita

pH ≈ 6.6 a 8.4 Kansita

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Corrosión por H2S


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La relación entre las presiones parciales de CO2 y H2S,proporciona un indicativo que permitirá determinar el

mecanismo de corrosión predominante en el sistema:

pCO2pH2S

>500 Corrosión por CO2

< 20 Corrosión por H2S

Corrosión por CO2 y H2S

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Corrosión por CO2 y H2S

Results of SSC tests in 5%NaClsolution, for both weld types in11Cr1.5Ni steel, after PWHT at 5!"Cfor 5 #inutes, showin$ proposedHS&pH li#its

Fragilización por hidrógeno (HIC)de un acero API 5CT grado P110.



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A temperatura por de!a"o de lo #5°C$ a pHmenore a #$5$ a preione parciale de H%&uperiore a 0.05 pig en ga.

'n acero al car!ono con dureza maore de%% C lo cual e correponde con limite decedencia maore de *0.000 +pc, a- como enacero con microetructura no homog/nea.

Norma NACE MR-175

n criterio predictio de la ocurrencia de da2o !a"o tenión$ aceptado por

la 3AC' (40l5 '6 %000) indica 7ue el ata7ue !a"o tenión &&C ocurreepecialmenteen la condicione iguiente8

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CORROSIÓN POR HIDRÓGENO

uentes de hidrógeno Atómico:

Atmósferas húmedas a altas

temperaturas.

Descomposición térmica de gases.

Procesos de Corrosión.

Aplicación de Protección Catódica.

Decapado.

Electrolisis.

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DAÑOS POR HIDRÓGENO

Venenos Catódicos:

Estos evitan la recominación de los

!tomos de " # por lo $ue el tiempo de

residencia es ma%or % origina la

penetración.

Entre estos se encuentran: iones

sulfuros# fosforos % arsénico.

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DAÑOS POR HIDRÓGENOMecanismo Ampollamiento

Formación de hidrógeno (H2) en una microgrieta.

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Este tipo de daños se presenta principalmente en aceros de bajo carbono,

debido a su inherente ductilidad. También ocasiona la delaminaciónen las

láminas debido a la naturaleza direccional de sus inclusiones. © CEC-LUZ-INCORS

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&ateriales susceptiles a ampollamiento:

Aceros de a'o carono (deido a su gran

ductilidad % a'a resistencia).

&etales % aleaciones e*puestas a altas cargas

de hidrogeno# como: tuer+as# tan$ues#

intercamiadores de calor en contacto con

!cidos decapantes o sistemas con contenidos de

sulfuro de hidrógeno.

,e oserva con frecuencia en e$uipos de po-os

petroleros# refiner+as % tan$ues de

almacenamiento de petróleo.

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FragilizaciónEl hidrógeno no siempre causaefectos visibles como: ampollas, peroH disuelto produce pérdida deductilidad y resistencia a la tensión.

Pérdida de ductil idad en base al contenido de hidrógeno, ocurre sobre todo en

los aceros comunes, aceros inoxidable, aleaciones base Ni, Al, Ti donde seobservaun decrecimiento importanteen la capacidad de deformación.

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Mecanismo:- Puede absorberse en la raíz de las microgrietas reduciendo

la energía superficial.

- Puede formar hidruros internamente (Ti, Mo, Cb, V, Ta)

DAÑOS POR HIDRÓGENOFragilización

- Tiende a formar hidrógeno en las microgrietas.

- Las aleaciones a nivel de alta resistencia son las mássusceptibles.

- Corrosión pronunciada a niveles altos de H.

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Corrosión Bajo Tensión vs Fragilización


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Reacciones en medios de H2S o H2S - C O2 :

Ampollas o grietas pueden aparecer en el acero apresiones parciales de H2S > 0.02 psia.

Pozos agrios:

Corrosión localizada. Formación de sulfuroescamoso (Fe9S8) Estructura defectuosa quepermite fácil transferencia a través de la redcristalina del Fe9S8 para reaccionar con el H2S.

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Control de Fragilización

- Efectuar un recocido para reducir la cantidad de hidrógenodisuelto.

- Usar inhibidores durante el decapado (solución desalmuera).

- Realizar soldaduras apropiadas.

- Usar aceros limpios para evitar huecos (para apolladuras)

- Remover sulfuros, compuestos de arsénico, cianuros yfósforo.

- Selección de materiales (aceros inoxidables).

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Esquematización de SSC, HIC, SOHIC(Fuente: Susceptibilidad de recipientes a presión de acero

convencional en al HIC y SOHIC, Al-anezi Frankel y Agrawall.)


capítulo ii.1 tipos de corrosiÓn

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