daño por hidrógeno

Daño Por HidrógenoJosé Rosas

Profesora: Fabiola PinedaElementos de Corrosión

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIADEPARTAMENTO DE INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES

Elementos de Corrosión - Daño por Hidrógeno 2

Introducción.• La presencia de hidrógeno en aceros produce la degradación de propiedades

mecánicas.

• El hidrógeno es responsable de muchas fallas, por ejemplo en la industria petrolera, generando gastos de millones de dólares en reparaciones o reemplazo de tubos.

• Los efectos sobre las propiedades mecánicas de un acero debido a la presencia de hidrógeno conlleva fenómenos como:1. Ataque por hidrógeno.2. Fisuración inducida por hidrógeno.3. Fragilización asistida por hidrógeno.


Ataque por Hidrógeno.• Síntesis de amoniaco (NH3), refinerías de petróleo y plantas

petroquímicas.

• Presencia de Hidrogeno.• Altas temperatura (>200 [°C]) y presión (700 [kPa]).

Disminución de propiedades mecánicas


Ataque por Hidrógeno.• Hay difusión del hidrogeno.• Descarburización, por la formación de metano (CH4).• Provoca la fisuración intergranular.

• Fisuras finas y numerosas.• Disminuye la capacidad de deformación.• Daño irreversible.

Ref. “Una mirada a daño por hidrogeno en materiales metálicos” – Dr. José Ovejero Garcia.


Fisuración Inducida por Hidrógeno.• Se conoce como ampollamiento o blistering.

• Ocurre en aceros de baja resistencia mecánica.

• Aceros que trabajan en medios que promueven la entrada del hidrógeno al material.

• Ocurre a temperatura ambiente y en ausencia de tensiones.


Fisuración Inducida por Hidrógeno.

Ref. http://es.slideshare.net/LTDH2013/sesin-tcnica-sala-tuzandpetl-evaluacin-de-laminaciones-en-ductos-de-transporte-de-hidrocarburos-mediante


Fisuración Inducida por Hidrógeno.• Lugares susceptibles: interfaces matriz – inclusión, matriz – carburos,

cavidades, limites de grano.

• Genera un aumento de la presión interna, provocando una descohesión de las interfaces produciendo ampollas y/o fisuras.


Fragilización asistida por Hidrógeno.• Este fenómeno se puede presentar durante:

• El proceso de elaboración.• El proceso de fabricación: Fisuración en frio (soldadura), protección catódica,

recubrimiento electrolítico.• El servicio: almacenamiento y transporte de hidrogeno, industria química del

petróleo, etc.

• Para que se produzca es necesario:• Tensiones aplicadas y/o internas.• Concentración critica (cantidad mínima) de hidrogeno en elmaterial.• Microestructura susceptible.


Fragilización asistida por Hidrógeno.• Debido al gradiente de tensiones, existentes en el material, el hidrógeno

difunde a los sitios concentradores de tensiones llegando a alcanzar la concentración crítica para producir la fisuración y/o rotura del material.

• Los modelos teóricos tendientes a explicar la fragilización por hidrógeno son numerosos, sin que ninguno pueda satisfacer todos los casos.

• La mayor parte de las teorías presenta dos conceptos en común: la captura de hidrógeno por defectos de la red (trampas) y cantidad mínima de hidrógeno necesario para inducir una disminución de la cohesión o para producir tensiones suplementarias (concentración crítica).


Fragilización asistida por Hidrógeno.• No es posible dar cifras sobre el contenido de hidrógeno, depende:• Condiciones de utilización (temperatura, presión, composición y química del

medio).• Posibilidades de penetración del hidrógeno (estado de la superficie físico-

química del metal, estructura del acero, solubilidad del hidrógeno en el material, coeficiente de difusión).

• Propiedades mecánica:• Al aumentar el límite de elasticidad los riesgos de fragilización por el

hidrógeno en solución aumentan.


Fragilización asistida por Hidrógeno.• Estructura del material• La fragilización por el hidrógeno de los aceros está estrechamente vinculada a

su microestructura, (trampas) y ésta varía dentro de un amplio rango.• La martensita está terminantemente prohibida debido a su fragilidad

intrínseca al hidrógeno.• Las inclusiones pequeñas y homogéneamente distribuidas son en general

favorables. • El fenómeno de FPH es muy sensible a las tensiones existentes, internas y

aplicadas.


Fragilización asistida por Hidrógeno.• Aceros conocidos como Nuevos Materiales, se caracterizan por:• El incremento del contenido de Cr efectivo (resistencia a la corrosión).• Reducción del contenido de carbono ( tenacidad, soldabilidad).• Adición de Ni ,para mantener la martensita sin ferrita δ, ( tenacidad, FPH).• El agregado de Mo para mejorar la resistencia a la corrosión localizada y al H2S.

• Estas características los hacen aptos como material de cañerías para fluidos en la industria petrolera, en el transporte de gas y crudos conteniendo CO2 y H2S, y es apto para su aplicación futura en transporte de hidrógeno. El costo de estos aceros es bajo en comparación con otros aceros inoxidables.


Caso Extra: Cobre• Presenta el daño por hidrogeno.• Expuesto a atmosfera con hidrógeno.• El hidrógeno difunde y se pone en contacto con oxido de cobre,

formado vapor de agua.• Este vapor se presenta en los bordes de grano y se producen

cavidades en los mismo observándose ampollas.• Depende netamente de la cantidad de oxido presente.


Referencias.• “Una mirada a daño por hidrogeno en materiales metálicos” – Dr. José

Ovejero Garcia.• “Fundamentos del daño por hidógeno en los aceros” – I.Perez – A.

Velosa – L. Zabala.• “Corrosion engineering” – Mars Fontana.• http://es.slideshare.net/LTDH2013/sesin-tcnica-sala-tuzandpetl-

evaluacin-de-laminaciones-en-ductos-de-transporte-de-hidrocarburos-mediante.

Daño Por HidrógenoJosé Rosas

Profesora: Fabiola PinedaElementos de Corrosión

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIADEPARTAMENTO DE INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES

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