capítulo ii.1 tipos de corrosiÓn
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8/16/2019 Capítulo II.1 TIPOS DE CORROSIÓN
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© CEC-LUZ-INCORS2013
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
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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(
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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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CORROSIÓN POR PICADURAS
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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CORROSIÓN POR PICADURAS
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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CORROSIÓN POR PICADURAS
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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CORROSIÓN POR PICADURAS
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: $ecubrir congoma o utili#ar unmaterial como un broncede Ni % Al
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CORROSIÓN POR PICADURAS
Material: Titanio
Medio: &isolventes 'rgánicos
Sistema: Tuber(a deevacuaci"n de un tanque
Tiempo de allo: ) mesesCausas: *resencia decloruros en el medio$emedio: Construir el tubo en *V&
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CORROSIÓN POR PICADURAS
Picaduras del Inconel en Salmuera
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CORROSIÓN POR PICADURAS
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
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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 $ue el tiempo de
residencia es ma%or % origina la
penetración.
Entre estos se encuentran: iones
sulfuros# fosforos % arsénico.
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DAÑOS POR HIDRÓGENOMecanismo Ampollamiento
Formación de hidrógeno (H2) en una microgrieta.
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DAÑOS POR HIDRÓGENO
Este tipo de daños se presenta principalmente en aceros de bajo carbono,
debido a su inherente ductilidad. También ocasiona la delaminaciónen las
láminas debido a la naturaleza direccional de sus inclusiones. © CEC-LUZ-INCORS
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DAÑOS POR HIDRÓGENO
&ateriales susceptiles a ampollamiento:
Aceros de a'o carono (deido a su gran
ductilidad % a'a resistencia).
&etales % aleaciones e*puestas a altas cargas
de hidrogeno# como: tuer+as# tan$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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DAÑOS POR HIDRÓGENO
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
DAÑOS POR HIDRÓGENO
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DAÑOS POR HIDRÓGENO
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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2013
DAÑOS POR HIDRÓGENO
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.)
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