El acero inoxidable presenta una excelente resistencia a la corrosión por ácidos y álcalis. Sin embargo, esto no implica que sea universalmente resistente a todos los medios. Las formas de corrosión del acero inoxidable incluyen la corrosión por picaduras, la corrosión por hendiduras, la corrosión intergranular y la corrosión bajo tensión (CBT).
Corrosión por picaduras y grietas
La corrosión por picaduras y la corrosión por hendiduras son ataques localizados que afectan puntos específicos en la superficie de un metal. En los aceros inoxidables, estas son las dos formas más comunes de corrosión, y ambas se producen cuando la película pasiva protectora se rompe en un área determinada. La corrosión por picaduras tiende a ocurrir en superficies abiertas y relativamente limpias; el metal alrededor de la picadura generalmente presenta poco o ningún daño. La corrosión por hendiduras, por el contrario, se oculta en espacios estrechos o bajo depósitos donde la solución corrosiva no puede llegar fácilmente; por ejemplo, en juntas roscadas, solapes, juntas tóricas, empaquetaduras, sujetadores, conexiones de tuberías o incluso suciedad acumulada, grasa, restos de rotulador, cinta adhesiva, películas protectoras, incrustaciones o productos de corrosión.
Dentro de una grieta, la química del metal se desvía rápidamente de la del entorno circundante. Las reacciones entre el metal y la solución atrapada, junto con la lenta difusión dentro y fuera de la grieta, aumentan los niveles de cloruro, disminuyen el pH y generan pequeñas celdas galvánicas. El resultado es un ataque rápido dentro de la grieta y prácticamente nulo en las superficies exteriores expuestas.
Los principales elementos de aleación que combaten la corrosión por picaduras en los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento son el cromo, el molibdeno y el nitrógeno; a mayor contenido, mayor resistencia. Los ingenieros plasman esta relación en un índice empírico denominado Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras (PREN). Para los aceros austeníticos y dúplex, la fórmula habitual es:
PREN = %Cr + 3.3 %Mo + 0.5%W) +16(%N)
El índice PREN es útil para seleccionar aceros inoxidables aptos para entornos clorados. Si un acero inoxidable falla en un entorno de servicio determinado debido a corrosión por picaduras o grietas, debe seleccionarse una calidad con un índice PREN superior. Actualmente, es imposible determinar cuánto aumento de PREN se requiere para evitar la corrosión, pero seleccionar un acero inoxidable con un índice PREN bajo resultará en un fallo seguro. Si una determinada calidad de acero inoxidable es adecuada para un entorno clorado pero no está disponible en el mercado, seleccionar una calidad disponible con un índice PREN equivalente o superior es una estrategia viable para encontrar la alternativa más económica.
Entre los factores que inician la corrosión por picaduras se incluyen el aumento del contenido de cloruros y oxidantes en el ambiente, la temperatura elevada y una mayor acidez, pero no son suficientes para causar corrosión uniforme. Un diseño deficiente o entornos operativos desfavorables, como grietas inherentes y residuos de depósitos causados por una limpieza deficiente del sistema, pueden provocar corrosión localizada. La falta de cuidado durante el procesamiento también puede ocasionar corrosión localizada; las superficies con un acabado rugoso son propensas a la corrosión. Los defectos de soldadura y el color del calor son zonas propensas a la corrosión por picaduras. En ocasiones, las operaciones incorrectas durante la fundición o la soldadura pueden generar inclusiones no metálicas o fases intermetálicas perjudiciales, que reducen la resistencia a la corrosión localizada.
Corrosión bajo tensión
La tensión de tracción, un entorno específico y un acero inoxidable susceptible —la presencia simultánea de estos tres elementos— da lugar a una corrosión conocida como fisuración por corrosión bajo tensión (SCC). En los aceros inoxidables austeníticos, la SCC se produce con mayor frecuencia en entornos con cloruros, por lo que también se denomina fisuración por corrosión bajo tensión por cloruros (CSCC). Si bien la CSCC es el tipo más común de SCC, otras sustancias, como la sosa cáustica, el sulfuro de hidrógeno y los ácidos polisulfúricos, también pueden provocarla en los aceros inoxidables austeníticos.
Cuando el acero inoxidable austenítico recocido sufre corrosión bajo tensión por cloruros (CSCC), esta se manifiesta típicamente como grietas transgranulares dendríticas, cuya morfología está determinada por el modo de tensión. La sensibilización aumenta la susceptibilidad a la CSCC, favoreciendo la formación de grietas intergranulares. Las altas tensiones, las altas temperaturas, el alto contenido de cloruros y un pH bajo incrementan la probabilidad de corrosión bajo tensión. Los aceros inoxidables austeníticos estándar, incluidos los aceros 304/304L, 316/316L y de la serie 200, son altamente susceptibles a esta corrosión, incluso en condiciones de temperatura relativamente baja y con presencia de cloruros. Si bien los aceros inoxidables austeníticos con alto contenido de níquel presentan una excelente resistencia a la corrosión bajo tensión por cloruros, no pueden prevenirla por completo; en ambientes con altas temperaturas y altas concentraciones de cloruros, aún puede producirse.
El contenido de níquel en los aceros inoxidables 304 y 316 es del 8 % al 12 %; los aceros inoxidables austeníticos con mayor contenido de níquel presentan mejor resistencia a la corrosión bajo tensión por cloruros. Los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento contienen más cromo, molibdeno y níquel, lo que les confiere una resistencia especialmente buena a la corrosión bajo tensión por cloruros.
Agrietamiento por corrosión bajo tensión en otros entornos
Los ambientes fuertemente alcalinos pueden provocar un tipo de corrosión bajo tensión en los aceros inoxidables denominada «fisuración cáustica». A temperaturas superiores a 100 °C, las calidades estándar como el 304, el 316 y otras similares son propensas a este fenómeno. La fisuración cáustica es esencialmente una fisuración intergranular, difícil de distinguir de la corrosión bajo tensión por corrosión (CSCC). Un mayor contenido de níquel puede mejorar la resistencia a la fisuración cáustica.
Corrosión intergranular
La corrosión intergranular se forma rápidamente en los límites de grano o en su proximidad, con poco o ningún efecto sobre los granos mismos. En los aceros inoxidables austeníticos estándar, esta corrosión suele estar asociada a la sensibilización que ocurre durante la soldadura o el tratamiento térmico. Diferentes grados de sensibilización y corrosividad ambiental pueden dar lugar a diversas formas de corrosión. Si la sensibilización es moderada, puede formarse corrosión por picaduras. Si se forma una red continua de carburo de cromo a lo largo de los límites de grano, se produce corrosión intergranular, lo que provoca el desprendimiento de granos en la superficie. La acción combinada de la microestructura sensibilizada, el ambiente corrosivo y la tensión produce agrietamiento por corrosión bajo tensión intergranular. Los diseñadores y fabricantes pueden reducir la sensibilización y la consiguiente corrosión intergranular mediante los siguientes tres métodos:
Se recomienda utilizar aceros de bajo contenido de carbono, como el 201L, 304L, 316L o 317L. Todos los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento son de bajo contenido de carbono. Este bajo contenido retrasa la precipitación de carburo de cromo (sensibilización) durante el enfriamiento. Por lo tanto, durante el conformado en caliente y la soldadura, el material no se sensibiliza, incluso en piezas de gran sección transversal. Sin embargo, si se exponen durante períodos prolongados a la temperatura crítica de sensibilización, los aceros de grado L no resisten este proceso.
Utilice aceros austeníticos estabilizados como el 321 o el 347. Estos contienen un elemento de aleación estabilizador que fija firmemente el carbono. Se suelen utilizar titanio (Ti) y niobio (Nb); estos aceros requieren un tratamiento térmico de estabilización adecuado para formar preferentemente carburo de titanio o carburo de niobio, evitando la formación de carburo de cromo y, por lo tanto, manteniendo el cromo en solución sólida para la protección contra la corrosión.
El recocido de solubilización restaura la resistencia a la corrosión en materiales sensibilizados. El rango de temperatura recomendado para el recocido de solubilización es de 1040 °C a 1175 °C. El recocido de solubilización, seguido de un enfriamiento rápido, debe ser la etapa final del tratamiento térmico del componente. En componentes expuestos a altas temperaturas durante períodos prolongados, el recocido de solubilización no elimina el riesgo de sensibilización.
Corrosión de soldadura
Durante la soldadura de acero inoxidable , el metal de soldadura y el metal circundante se calientan hasta alcanzar o aproximarse a la temperatura de metal líquido. Durante el calentamiento y el enfriamiento, el metal de soldadura y la zona afectada por el calor permanecen un tiempo dentro del rango de temperatura de sensibilización. Que la soldadura provoque o no sensibilización del acero depende de la aleación, el espesor de la sección y el aporte térmico.
Los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento generalmente no sufren sensibilización por carburo de cromo durante la soldadura. Sin embargo, el ciclo térmico de la soldadura favorece la formación de compuestos intermetálicos, lo que reduce la resistencia a la corrosión por picaduras. Por lo tanto, los parámetros de soldadura, como el aporte térmico y la temperatura entre pasadas, deben ajustarse para minimizar el tiempo a temperaturas críticas y evitar, en la medida de lo posible, las pasadas de soldadura múltiples. Un menor aporte térmico y una menor temperatura entre pasadas facilitan un enfriamiento rápido, lo que reduce el tiempo de exposición a temperaturas críticas.
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Corrosión en la línea de cuchillas
La corrosión intergranular es una forma particular de sensibilización que se presenta únicamente en aceros estabilizados como el 321 y el 347. Si el proceso de soldadura disuelve el carburo de titanio o el carburo de niobio, el tratamiento térmico posterior puede generar carburo de cromo. En este caso, aparece una estrecha zona sensibilizada alrededor de la soldadura, de ahí el nombre de corrosión intergranular. La mayoría de los aceros inoxidables austeníticos y los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento no están estabilizados, por lo que no son propensos a la corrosión intergranular.
Corrosión galvánica
Cuando los metales se sumergen en un ambiente corrosivo, se genera una corriente de corrosión directamente proporcional a la velocidad de corrosión del metal en dicho ambiente. Los metales con velocidades de corrosión muy bajas presentan potenciales de corrosión más positivos o inertes; los metales con altas velocidades de corrosión presentan potenciales de corrosión más negativos o activos. Si dos o más metales o aleaciones diferentes se sumergen en un ambiente corrosivo, en contacto mutuo o conectados eléctricamente, y sus potenciales de corrosión en el ambiente difieren significativamente, es muy probable que se produzca corrosión galvánica.
Cuando se produce corrosión galvánica, el metal más activo se corroe a mayor velocidad, mientras que el metal inerte suele estar protegido, con una velocidad de corrosión menor que cuando se encuentra solo en el ambiente. Por ejemplo, si el acero al carbono está en contacto con acero inoxidable pasivado, el acero al carbono se corroe rápidamente —es decir, sufre corrosión galvánica— debido a su mayor reactividad y a la gran diferencia de potencial de corrosión entre ambos.
Un parámetro importante para evaluar la intensidad esperada de la corrosión galvánica es el tamaño relativo de las superficies expuestas de los dos metales. A medida que aumenta la superficie relativa del metal más estable, también aumenta el área disponible para la reacción catódica, lo que conlleva una mayor velocidad de disolución o corrosión en la superficie del metal más activo. Debido a este efecto de la superficie, la velocidad de corrosión galvánica aumenta con la relación de áreas entre el metal inerte y el metal activo. El uso de remaches de acero al carbono para unir placas de acero inoxidable es un ejemplo común de una relación de áreas incorrecta.
Las medidas para reducir la corrosión galvánica incluyen evitar la conexión de metales diferentes, utilizar materiales aislantes para separar metales diferentes, seleccionar metales diferentes que estén próximos en la serie galvánica, ajustar las áreas superficiales de los metales diferentes y aumentar el área expuesta del metal con mayor probabilidad de corroerse.
Si es inevitable una conexión entre metales distintos, rociar un recubrimiento sobre la superficie metálica más estable cercana a la conexión puede prevenir la corrosión galvánica. No es recomendable aplicar recubrimientos anticorrosión galvánica sobre la superficie metálica más activa, ya que cualquier defecto en el recubrimiento creará una relación de área metal inerte/metal activo muy desfavorable, lo que acelerará la corrosión en el defecto.
