CORROSION El acero es el metal más ampliamente utilizado para la fabricación de estructuras como por ejemplo, puentes, estanques, casco de buques, etc. Si nos referimos al origen electroquímico de la corrosión, veremos que en un mismo metal hay áreas que poseen un distinto potencial eléctrico. Dicha diferencia de potencial es atribuible, entre otros, a la capa de oxido remanente propia del proceso de laminación del acero en donde esta herrumbre es catódica respecto del acero o también a diferencias en el oxigeno disuelto en el agua u otro electrolito.

La protección catódica de estructuras de acero se basa en la aplicación de un metal que sea anódico respecto del acero, de tal manera que proteja a este último mediante el establecimiento de una celda galvánica intencional, en donde el acero se convierte en cátodo, es decir en el metal protegido. Este mecanismo de protección implica por lo tanto el aporte de un metal de sacrificio que se corroerá preferencialmente. Si se analiza la serie galvánica de los metales, se puede ver que tanto el Zn como el Al y el Mg, son anódicos respecto del hierro y del acero.

Se distinguen 2 sistemas de protección:

a) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie en donde el revestimiento protege al acero comportándose como ánodo y degradándose preferencialmente.

b) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie, seguido de la aplicación de un sellante.

El propósito del sellante es impedir la penetración de líquidos y/o gases hacia el acero, imposibilitando la formación de una celda galvánica lo que permite alargar considerablemente la vida útil del revestimiento metálico.

Los sellantes empleados varían en función del ambiente corrosivo que se desea aislar. En general, se emplean pinturas del tipo vinílica, acrílicas, epóxica, uretanos, siliconas, etc.

Como se ha demostrado fehacientemente a través de experiencias prácticas y aplicaciones industriales, los sistemas de protección anticorrosivas por metalizado muestran duraciones de 3 a 10 veces mayor que sistemas tradicionales de pintura. Aun cuando el costo de aplicación inicial resulta en algunos casos superior al costo de aplicar un sistema tradicional, dada su larga duración sin necesidad de mantenimiento, los revestimientos metálicos por metalizado resultan a la larga extremadamente económicos.

La extraordinaria resistencia a la corrosión de estos revestimientos se debe a que el sistema:

a) Provee protección galvánica
b) Actúa como pasivador del metal base (acero)
c) Provee un inhibidor contra la oxidación (imprimante)
d) Provee una barrera impermeable (sellante)

Algunos sistemas de revestimiento usualmente empleados:

APORTE APLICACIONES SELLANTE Aluminio Estructuras sumergidas en agua de mar imprimante + vinil claro Zinc Estructuras expuestas a ambientes marinos cerca de la costa imprimante + vinil aluminio Aluminio Atmósferas industriales, rurales o marinas Silicona - Aluminio (alta temperatura) Al/Zn Protección estructuras expuestas a elevadas concentraciones de sales Poliuretano

La mayor parte de los procesos de corrosión del acero estructural son de naturaleza electroquímica y suceden en etapas. El ataque inicial ocurre en las áreas anódicas sobre la superficie, donde los iones ferrosos son disueltos. De las áreas anódicas se liberan los electrones que se mueven a través de la estructura metálica, a las áreas catódicas adyacentes existentes en la superficie, donde se combinan con el oxígeno y con el agua, formando iones hidroxilos. Éstos reaccionan con los iones ferrosos generados en el ánodo, produciendo hidróxido ferroso que, a su vez, se oxida al aire produciendo el óxido de hierro hidratado, conocido como herrumbre. Todas estas reacciones pueden ser descriptas mediante la ecuación:

4Fe + 3O2 + 2H2O ® 2Fe2O3 · H2O

Dos puntos importantes son consecuencias directas de las consideraciones anteriores:

1. Para que el acero se corroa, es necesario la presencia simultánea de agua y de oxígeno. En ausencia de una de estas substancias, no se produce corrosión.

2. 2. Toda la corrosión ocurre en el ánodo; en el cátodo no hay corrosión.

Ánodo: El electrodo de una celda electroquímica es el lugar donde se produce la reacción de oxidación.
Cátodo: electrodo negativo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes.

Los principales factores que determinan la velocidad de corrosión son:

· Tiempo de humedecimiento. Corresponde al tiempo transcurrido durante el cual la humedad relativa del ambiente es superior a un valor dado (por ej., el 80%) y la temperatura es superior a 0 °C.

· Contaminación atmosférica. El tipo y la cantidad de contaminantes atmosféricos, tales como el dióxido de azufre, los cloruros, los polvos depositados, etc., ejercen un importante efecto en el desarrollo de la corrosión.

· Corrosión localizada. Pueden varios tipos: Corrosión bimetálica (o galvánica). Cuando dos metales disimilares están unidos eléctricamente (por ej., por pernos o soldadura) y están sometidos a un mismo electrolito, fluye una corriente eléctrica entre los metales y el proceso de corrosión se acentúa en el metal anódico (es decir, en el menos noble). Corrosión por picaduras. En algunas circunstancias específicas, el ataque original a las regiones anódicas no es controlado y continúa profundizándose en el metal, formando una picadura de corrosión. Corrosión por grietas. Las grietas se forman generalmente por una mala ingeniería de detalle del proyecto y en la deficiente operación de soldadura. El oxígeno disponible dentro de la grieta se consume rápidamente por el proceso de corrosión.

Soldadura

Fundamentos teóricos

Aceros Inoxidables:

El objetivo de mezclar metales, o metales con no metales es el de obtener aleaciones que puedan ser utilizadas en distintas exigencias.

En el caso del Fe, este material es aleado con otros metales y no metales, con el fin de mejorar sus características mecánicas y/o químicas.

Los elementos de aleación más utilizados son el Silicios, Manganeso, Níquel, Cromo, Molibdeno, Cobre, Vanadio y otros. Algunos de ellos se combinan con el Carbono durante el enfriamiento, formando carburos u otros compuestos, es decir, son agentes endurecedores de Acero.

Al aumentar a un mínimo de un 12% de Cromo, se obtienen los aceros inoxidables, los que tienen propiedades mecánicas y químicas especiales. Se acepta que el mecanismo de resistencia a la corrosión en estos aceros, es debido a la formación de una capa superficial de óxido de cromo muy fina, que impide el ataque corrosivo. Para que el acero sea inoxidable, es necesario que concurran las circunstancias de composición, estado del material y medio de ataque convenientes, para que se forme esa capa de óxido protector.

En realidad, ninguno de estos aceros es completamente inmune a toda clase de ataques corrosivos. Unos resisten bien a ciertos ácidos y otros a determinadas soluciones, otros resisten el calor, etc. Por eso es conveniente, en cada caso, estudiar cual es el más adecuado.

Además, en el comportamiento de los aceros inoxidables, es muy importante el tratamiento térmico. Si un acero inoxidable no ha recibidoel tratamiento que corresponde, su resistencia a la corrosión puede quedar muy disminuida. En general conviene obtener estructuras ferríticas, martensíticas o austeníticas y evitar la formación de carburos de Cromo, que en estos aceros, elimina la resistencia a la corrosión.

Acero Inoxidable Austenítico

Dentro de la familia de los aceros inoxidables austeníticos se encuentra el AISI904L. Este acero se caracteriza por si alto contenido de Níquel – Cromo principalmente, presentando una estructura austenítica a temperatura ambiente.

Soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos

Estos aceros podrían tener tipos de problemas durante la soldadura, estos son:

Sensibilización: la precipitación del Cromo en el área adyacente al borde del grano, deja una cantidad insuficiente de cromo para procurar la mantención de la protección necesaria de la película de óxido.

Existen soluciones para este problema, que es bajar el contenido de Carbono evitando así la precipitación de Cromo. Se considera en la práctica un 0.03% de Carbono como máximo para prevenir la sensibilización. Un segundo método de prevención es añadir a la solución Titanio, Niobio o Tantalio. Estos tres elementos tienen alta afinidad con el Carbono y preferentemente forman carburos, dejando el Cromo en solución.

Formación de fisuras y el rol de la ferrita: Bajo condiciones de uniones extremas, a veces se producen fisuras en la soldadura o alrededor de ella, conocidas como fisuras de solidificación y de licuación.

Se ha determinado que una pequeña cantidad de Ferrita, alrededor de un 2 a 3 %, liberará a la soldadura de las fisuras de solidificación. Principalmente porque la Ferrita aumenta el tamaño límite del grano, aumentando el área disponible de este, lo cual reduce la concentración de segregaciónes de impurezas dañinas, que permanecen dentro de los límites y propicia la nucleación de fisuras.

Fase Sigma: La fase sigma es un compuesto ínter metálico concentrado de Fierro - Cromo, duro y frágil, que puede ser solamente removido mediante un calentamiento a la temperatura de 1010 ºC, en donde este se disolverá.

Fuentes: La prevención de la corrosión en estructuras metálicas, Fabio Domingos Pannoni, Ph.D.*; http://www.infoacero.cl/acero/corrosion.htm.