Introducción
Corrosión intergranular (IGC), También llamado ataque intergranular. (IGA), Es una forma localizada de corrosión que progresa preferentemente a lo largo de los límites de los granos en lugar de a través del interior de los mismos..
En términos prácticos, El metal puede parecer aceptable en la superficie mientras se desarrolla una estrecha red de ataque debajo de él., eventualmente reduciendo la fuerza y causando separación, desprendimiento de granos, o fracaso.
Los límites de los granos son regiones inherentemente de mayor energía, pero generalmente no se convierten en un problema de corrosión a menos que la química de la aleación o la historia térmica los haga químicamente diferentes de la matriz circundante..
1. Definición de corrosión intergranular
Una definición rigurosa es sencilla: La corrosión intergranular es la corrosión que ocurre en y adyacente a los límites de grano, con relativamente poco ataque en el interior del grano.
En la imagen electroquímica más simple., La región límite del grano se convierte en el sitio anódico y el interior del grano actúa como cátodo., entonces la ruta de corrosión sigue la red límite.
Ese ataque a los límites se vuelve especialmente peligroso cuando los límites de los granos se alteran químicamente por precipitación o segregación..
Para aceros inoxidables, ASTM A262 identifica la susceptibilidad al ataque intergranular en grados austeníticos mediante múltiples pruebas estandarizadas,
y asocia explícitamente un comportamiento aceptable de grabado con ácido oxálico con la ausencia de susceptibilidad relacionada con la precipitación de carburo de cromo..
2. Mecanismo de formación de corrosión intergranular.
El mecanismo central es cambio químico en los límites del grano.
Durante la sensibilización o el envejecimiento., elementos de aleación o impurezas pueden precipitar en los límites de grano, o los elementos protectores pueden agotarse de la matriz adyacente.
Una vez que eso suceda, la región límite y el grano circundante ya no comparten el mismo potencial electroquímico, y el límite se convierte en el sitio preferido para la disolución..
En aceros inoxidables austeníticos, El mecanismo clásico es la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano..
El cromo consumido por la formación de carburo deja una zona empobrecida en cromo junto al límite., y esa banda agotada pierde suficiente resistencia a la corrosión para ser atacada preferentemente.
ASTM A262 trata esto como el problema estándar relacionado con la sensibilización en aceros inoxidables austeníticos., y ASTM G108 utiliza reactivación electroquímica para cuantificar el grado de sensibilización en Tipo 304 y 304L.
Para aleaciones de aluminio, El mecanismo es diferente en detalles pero similar en estructura.: Los precipitados en los límites de los granos y las zonas adyacentes libres de precipitados crean células microgalvánicas locales..
los precipitados, la ZPF, y la matriz puede terminar con diferentes composiciones y potenciales de corrosión., lo que hace que el límite de grano sea la ruta de corrosión preferida.
El trabajo publicado sobre aleaciones de aluminio endurecibles por envejecimiento muestra que la velocidad de enfriamiento es una variable de procesamiento importante porque afecta la segregación de los límites y el tamaño/distribución de los precipitados en los límites de los granos..
3. Causas de este tipo de daño
La corrosión intergranular generalmente no surge de una sola causa.. Se desarrolla cuando se combinan varias condiciones.:
- una química de aleación susceptible,
- un ciclo térmico que permite la precipitación o segregación en los límites del grano,
- Velocidad de enfriamiento insuficiente o tratamiento térmico inadecuado.,
- y un entorno que pueda explotar la región fronteriza debilitada.
En aceros inoxidables, El bajo contenido de carbono ayuda porque reduce el carbono disponible para la formación de carburo de cromo., y los grados estabilizados o con muy bajo contenido de carbono están diseñados para resistir la sensibilización durante operaciones de soldadura ordinarias..
ASTM A262 señala específicamente que los grados con muy bajo contenido de carbono y los grados estabilizados como 304L, 316L, 317L, 321, y 347 Se prueban después de tratamientos térmicos de sensibilización en el rango donde es más probable la precipitación de carburo..
En aleaciones de aluminio, La causa importante es la combinación de la segregación de solutos., formación de precipitado, y desarrollo de PFZ alrededor de los límites de grano durante el tratamiento de la solución, temple, y envejecimiento.
El enfriamiento con agua después del tratamiento con solución puede prevenir la susceptibilidad a la corrosión intergranular en algunas aleaciones de aluminio endurecibles por envejecimiento al limitar la precipitación y segregación límite dañinas..
En aceros inoxidables dúplex, el envejecimiento a largo plazo puede promover cambios de fase, como el crecimiento en fase sigma, lo que aumenta la sensibilización y reduce el potencial de ruptura.
Trabajos recientes sobre acero inoxidable dúplex magro muestran que el envejecimiento a 700 ° C y 800 °C cambia la respuesta de la corrosión intergranular a través de la evolución de fases y el comportamiento de autocuración.
4. Materiales susceptibles a la corrosión intergranular
| familia de materiales | Mecanismo de susceptibilidad típico | ¿Por qué es vulnerable? | Estrategia de control común |
| Austenítico aceros inoxidables | Precipitación de carburo de cromo y agotamiento de cromo en los límites de grano.. | La sensibilización crea una zona empobrecida en cromo que pierde pasividad.. | Grados bajos en carbono, grados estabilizados, recocido de solución, enfriamiento rápido, control de soldadura. |
| Aceros inoxidables ferríticos | Precipitación de carburo o nitruro de cromo durante una exposición térmica o soldadura inadecuada. | La precipitación límite puede crear una resistencia a la corrosión localmente más débil. | Cribado ASTM A763, control de tratamiento térmico, control del procedimiento de soldadura. |
| Aceros inoxidables dúplex | Desequilibrio de fases y formación de fases secundarias durante el envejecimiento o la soldadura.. | La fase sigma y otras transformaciones pueden aumentar la sensibilización y reducir la resistencia.. | Control térmico estricto, ferrita/austenita equilibrada, Tratamiento posterior a la soldadura cuando sea necesario.. |
endurecible por envejecimiento aluminio aleaciones |
Precipitados en el límite del grano y acoplamiento microgalvánico PFZ.. | La química de límites difiere de la química de matrices, permitiendo el ataque preferencial. | Tratamiento con solución de control, tasa de enfriamiento, y condición de envejecimiento. |
| Aleaciones a base de níquel | Carburos de límite de grano y fases intermetálicas., especialmente después de un mal control térmico. | La precipitación en los límites puede degradar la resistencia a la corrosión y el rendimiento de la zona de soldadura.. | Selección de aleación, control de entrada de calor, y prácticas post-soldadura apropiadas. |
| Latón en ciertas condiciones | Enriquecimiento o segregación de límites, incluidos los efectos relacionados con el zinc. | La química límite puede volverse más reactiva que los granos.. | Selección de aleaciones y control ambiental.. |
5. Peligros de corrosión intergranular
La corrosión intergranular es peligrosa no porque siempre parezca grave, sino porque a menudo se desarrolla de una manera que es estructuralmente oculto.
El metal puede conservar su apariencia superficial durante mucho tiempo mientras sus límites de grano se debilitan silenciosamente..
Una vez que la red fronteriza sea suficientemente atacada, el componente puede perder ductilidad, fortaleza, estanqueidad a la presión, y resistencia a la fatiga mucho antes de lo esperado.
Esto es lo que hace que la corrosión intergranular sea especialmente peligrosa en equipos críticos..
Pérdida de integridad mecánica
El peligro más directo de la corrosión intergranular es la pérdida gradual de la capacidad de carga..
Porque el ataque avanza a lo largo de los límites de los granos., El metal puede sufrir una reducción significativa en la sección transversal efectiva y en la cohesión sin mostrar el adelgazamiento uniforme típico de la corrosión general..
Esto es particularmente grave para los componentes que dependen de:
- resistencia a la tracción,
- resistencia a la flexión,
- contención de presión,
- o capacidad de carga cíclica.
Una pieza afectada por la corrosión intergranular aún puede parecer intacta durante la inspección., sin embargo, es posible que su red interna de fronteras de cereales ya esté gravemente comprometida.
Cuando el material se carga posteriormente, Los límites debilitados pueden separarse sin previo aviso..
Fallo repentino y frágil
La corrosión intergranular a menudo convierte un material normalmente dúctil en uno que falla de una manera mucho más frágil..
Una vez que los límites de los granos pierden cohesión, las grietas pueden propagarse rápidamente a lo largo de la red debilitada.
El resultado suele ser una superficie de fractura que parece granular o intercristalina en lugar de ser suavemente dúctil..
Este peligro es importante porque reduce el margen de advertencia.. en lugar de lento, adelgazamiento visible de la pared, El componente puede fallar después de solo una modesta carga o vibración adicional..
En la práctica, Esto hace que la corrosión intergranular sea uno de los modos de corrosión localizada más peligrosos en términos de fallas inesperadas..
Formación de fugas y falla del límite de presión
Para tuberías, tanques, intercambiadores de calor, cuerpos de válvula, y equipos a presión soldados, La principal preocupación es a menudo no sólo la pérdida de fuerza sino también pérdida de estanqueidad.
La corrosión intergranular puede crear una red de microfisuras y huecos conectados entre sí que eventualmente permite la fuga de fluido..
Esto es especialmente peligroso en sistemas que transportan:
- líquidos corrosivos,
- gases presurizados,
- corrientes de proceso calientes,
- o productos químicos peligrosos.
Un componente puede permanecer lo suficientemente sólido dimensionalmente como para pasar controles visuales casuales., pero aún falla como límite de presión porque la corrosión ha creado un camino para las fugas a lo largo de los límites de los granos..
Propagación rápida de grietas bajo tensión
Una vez que el ataque intergranular ha progresado, cualquier estrés en el servicio puede acelerar el daño.
Vibraciones, ciclismo térmico, choque mecánico, y el estrés residual ayudan a abrir los límites de grano ya debilitados.
Esta es la razón por la cual la corrosión intergranular a menudo va acompañada de problemas de agrietamiento secundario, como la fractura asistida por tensión..
El peligro no es sólo la corrosión misma, pero la interacción entre corrosión y carga.
Un componente puede sobrevivir en un estado de tensión benigno pero fallar rápidamente cuando la misma microestructura dañada por la corrosión se expone a fuerzas operativas reales..
Vida de fatiga reducida
Los componentes expuestos a cargas repetidas son especialmente vulnerables porque el ataque de los límites de grano crea pequeños iniciadores de grietas..
Estos sitios concentran la tensión y reducen el número de ciclos que el material puede sobrevivir antes de fallar..
El riesgo de fatiga es significativo en:
- ejes giratorios,
- recipientes a presión cíclicos,
- estructuras soldadas,
- ballestas,
- y piezas de máquinas expuestas a vibraciones.
En tales casos, La corrosión intergranular no sólo acorta la vida.; Puede cambiar completamente el modo de falla desde una acumulación de fatiga predecible hasta una fractura prematura..
Pérdida de ductilidad y tenacidad
Un material que ha sufrido un ataque en los límites de grano aún puede tener una química nominal aceptable., pero su ductilidad y tenacidad pueden reducirse drásticamente.
Eso lo hace menos capaz de absorber el impacto., distorsión térmica, o sobrecarga local.
Esto es especialmente problemático después de la fabricación., soldadura de reparación, o exposición al calor, porque se puede esperar que la región dañada se comporte como el resto del componente.
En realidad, Los límites de grano alterados por la corrosión pueden crear una zona mecánicamente débil que se comporta de manera muy diferente al metal base no afectado..
6. Medidas de control
Prevenir la corrosión intergranular no es un problema de una sola acción.
Requiere control en cuatro niveles a la vez: selección de aleación, historia termal, práctica de fabricación, y entorno de servicio.
Si alguno de estos es descuidado, la condición del límite de grano puede volverse químicamente inestable y el material puede permanecer vulnerable incluso cuando la aleación en masa parece estar en buen estado..
Selección de material: Prevenga el problema en la etapa de diseño
La primera y más eficaz medida de control es elegir una aleación que sea inherentemente menos susceptible al ataque de los límites de grano en el entorno previsto..
Utilice grados bajos en carbono cuando la sensibilización sea un riesgo.
Para aceros inoxidables, grados bajos en carbono como 304L, 316L, y variantes similares con bajas emisiones de carbono Se prefieren cuando se espera soldadura o exposición a temperaturas elevadas..
La reducción de carbono reduce la cantidad de carburo que se puede formar en los límites de los granos., lo que a su vez reduce el agotamiento del cromo y el riesgo de corrosión asociado..
Utilice calidades estabilizadas para servicios térmicos exigentes
Las calificaciones se estabilizaron con titanio o niobio, como 321 y 347, Están diseñados para fijar el carbono en carburos más estables antes de que el cromo se pueda agotar de la matriz..
Esto los hace mucho más resistentes a la sensibilización que los grados no estabilizados en muchas aplicaciones soldadas o expuestas al calor..
Seleccione aleaciones adaptadas al medio ambiente
En cloruro agresivo, ácido, o servicio de alta temperatura, Puede ser mejor alejarse por completo de las familias susceptibles y elegir aleaciones con mayor estabilidad de los límites de grano., como aceros inoxidables dúplex o aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel.
En otras palabras, La selección del material debe basarse no sólo en la resistencia del metal base., sino también sobre cómo se comporta la aleación después de la fabricación y durante la exposición a largo plazo..
Control de tratamiento térmico: Gestionar la microestructura, No sólo la temperatura
El tratamiento térmico es una de las herramientas más poderosas para prevenir la corrosión intergranular porque determina si se forman y permanecen en su lugar precipitados dañinos en los límites de los granos..
Recocido de solución
Para aceros inoxidables sensibles, recocido de solución es el tratamiento correctivo y preventivo estándar.
La aleación se calienta al rango de solución para que los precipitados se disuelvan nuevamente en la matriz., luego se enfría lo suficientemente rápido como para evitar la reprecipitación durante el rango de temperatura sensible.
Esto restaura una composición más uniforme y ayuda a recuperar la resistencia a la corrosión..
Enfriamiento rápido después del calentamiento.
La velocidad de enfriamiento es tan importante como la temperatura máxima.. El enfriamiento lento a través del rango de sensibilización permite que se formen carburos en los límites del grano o fases intermetálicas..
Enfriamiento rápido, a menudo mediante enfriamiento cuando sea apropiado para la aleación y la geometría de la pieza., ayuda a preservar la condición tratada con solución.
Tratamiento térmico posterior a la soldado
Para piezas soldadas, Puede ser necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura para reducir la tensión residual y restaurar una microestructura más favorable en la zona afectada por el calor..
El ciclo exacto depende de la familia de aleaciones., espesor de sección, y requerimiento de servicio.
El objetivo no es simplemente “calentar la pieza nuevamente,"Pero eliminar la química de los límites de los cereales que hace que la región sea vulnerable..
Control de soldadura: Mantenga la zona afectada por el calor fuera de problemas
La soldadura es una de las causas más comunes de corrosión intergranular porque crea exactamente las condiciones térmicas que promueven la precipitación y sensibilización de los límites de los granos..
Por eso la práctica de soldadura debe estar estrictamente controlada..
Mantenga el aporte de calor tan bajo como sea práctico
El alto aporte de calor amplía la zona afectada por el calor y aumenta el tiempo que el material pasa en el rango de temperatura crítico donde pueden ocurrir precipitaciones dañinas..
Un menor aporte de calor ayuda a reducir tanto el ancho como la gravedad de la región sensibilizada..
Limitar los ciclos térmicos repetidos
Múltiples pases sobre la misma región pueden intensificar la sensibilización y agrandar la zona afectada..
Los procedimientos de soldadura deben minimizar el recalentamiento innecesario de áreas previamente soldadas..
Elija los metales de aportación con cuidado
El metal de aportación debe ser compatible con la aleación base y no debe introducir un desequilibrio innecesario de carbono o composición..
En aceros inoxidables sensibles, A menudo se prefieren sistemas de relleno estabilizados o con bajo contenido de carbono para que la zona de soldadura no se convierta en el punto débil..
Controlar el enfriamiento después de soldar
El enfriamiento rápido ayuda a que la región de soldadura se mueva rápidamente a través de la zona de peligro donde se forman los precipitados..
El método de enfriamiento debe elegirse con cuidado para que no introduzca distorsiones ni grietas., pero el principio básico sigue siendo el mismo: no permita que la zona afectada por el calor permanezca en el rango de sensibilización.
Control ambiental: Reducir la fuerza impulsora del ataque
Incluso una microestructura susceptible puede seguir siendo aceptable si el entorno de servicio es suave..
En cambio, una aleación moderada puede fallar rápidamente en un ambiente severo.
Es por eso que el control ambiental es una parte crítica de la prevención de la corrosión intergranular..
Reducir la exposición a medios agresivos.
Limitar el contacto con ácidos., cloruros, u otras especies corrosivas siempre que sea posible.
En sistemas de proceso, esto puede significar cambiar la química, bajando la temperatura, o reducir los efectos de estancamiento y concentración.
Controlar el oxígeno y la humedad cuando sea relevante.
En sistemas acuosos, El oxígeno disuelto y las condiciones electroquímicas desfavorables pueden acelerar las reacciones de corrosión..
La desoxigenación o el control químico pueden ayudar a reducir la fuerza impulsora del ataque en sistemas susceptibles.
Utilice revestimientos o revestimientos cuando sea apropiado
Recubrimientos protectores, revestimiento de polímeros, o barreras internas pueden aislar la aleación del ambiente corrosivo.
Esto es especialmente útil cuando la aleación base debe conservarse por razones mecánicas pero el entorno es demasiado agresivo para el metal desnudo..
Aplicar protección catódica en sistemas adecuados.
Para algunas estructuras, La protección catódica puede reducir la tendencia electroquímica a la corrosión..
Esta no es una solución universal, pero en el entorno adecuado puede ser una parte eficaz de un programa más amplio de control de la corrosión..
Tratamiento superficial: Restaurar y proteger el estado pasivo
El estado de la superficie de un componente influye fuertemente en su comportamiento frente a la corrosión., especialmente después de la fabricación o soldadura.
Pasivación
La pasivación se utiliza para limpiar la superficie y promover una película pasiva más estable.. Ayuda a eliminar el hierro libre y otros contaminantes que pueden interferir con la resistencia a la corrosión..
Encurtido
El decapado elimina las incrustaciones de óxido, tinte de calor, y otros contaminantes de la superficie, especialmente después de soldar o exponerse al calor.
Esto es importante porque una superficie dañada o contaminada puede convertirse en el punto de partida de un ataque localizado incluso cuando la microestructura interna es aceptable..
Electropulencia
El electropulido suaviza la superficie y puede mejorar la uniformidad de la película pasiva..
Al reducir la rugosidad y las irregularidades de la superficie., También puede reducir los sitios locales donde es más probable que se inicie la corrosión..
7. Métodos de prueba y aplicaciones
| Estándar / método | familia de materiales | lo que te dice | Uso típico |
| ASTM A262 | Aceros inoxidables austeníticos | Detecta la susceptibilidad al ataque intergranular con grabado con ácido oxálico., sulfato férrico-ácido sulfúrico, ácido nítrico, y métodos de cobre/sulfato de cobre. | Calificación de materiales, cribado de sensibilización, análisis de fallas. |
| ASTM A763 | Aceros inoxidables ferríticos | Detecta susceptibilidad al ataque intergranular mediante prácticas W, incógnita, Y, y z. | Calificación de grado ferrítico y evaluación de soldadura/tratamiento térmico. |
ASTM G108 |
Tipo AISI 304 / 304L | Mide cuantitativamente el grado de sensibilización por reactivación electroquímica.. | Investigación, ranking comparativo de sensibilización, verificación del proceso. |
Estos estándares son útiles porque la corrosión intergranular a menudo es invisible hasta que el daño está muy avanzado..
Por lo tanto, ASTM A262 es una pantalla práctica para materiales inoxidables austeníticos., ASTM A763 sirve a la familia ferrítica, y ASTM G108 proporciona una métrica de sensibilización cuantitativa para 304 y 304L.
Usados juntos, permiten al metalúrgico separar lo “aparentemente aceptable” de lo “realmente resistente”.
8. Integración en un sistema de gestión de integridad
Un sistema robusto de gestión de la integridad debería tratar la corrosión intergranular como un problema de control del ciclo de vida, no es sólo un problema de prueba de materiales.
En la práctica, eso significa calificación de aleación, control del procedimiento de soldadura, registros de tratamiento térmico, inspección periódica,
y la retroalimentación del análisis de fallas deben estar todos unidos para que la sensibilización no vuelva a ingresar al sistema sin ser detectada..
Esta es una inferencia de ingeniería de la forma en que ASTM A262, ASTM A763, y ASTM G108 se utilizan para examinar materiales y cuantificar la sensibilización antes de que ocurra una falla en el campo..
Para equipos críticos, El enfoque más eficaz es conectar la selección de materiales., historia de fabricación, y entorno de servicio en un circuito de control.
Si una pieza es inoxidable, la cuestión no es sólo si es inoxidable sino si fue soldado, tratado con calor, y limpiado de manera que se conserve la pasividad rica en cromo en los límites de los granos.
Si es aleación de aluminio o níquel., la pregunta es si la estructura del precipitado o la segregación de los límites del grano ha sido empujada a un estado corrosivo.
Esa visión a nivel de sistema es lo que evita que el IGC se convierta en un mecanismo oculto que limite la vida..
9. Conclusión
La corrosión intergranular es un modo de corrosión en los límites de los granos impulsado por la química local., precipitación, segregación, e historia termal.
Es peligroso porque puede quitar fuerza e integridad mientras deja la superficie engañosamente intacta..
El mecanismo se comprende bien en los aceros inoxidables austeníticos., pero también aparece en aceros inoxidables ferríticos, aceros inoxidables dúplex, aleaciones de aluminio endurecibles por envejecimiento, y aleaciones a base de níquel cuando la química de los límites de grano se vuelve desfavorable.
La defensa práctica es igualmente clara.: elige la aleación correcta, controlar la entrada de calor y el historial de enfriamiento, validar con el método de prueba ASTM correcto, y tratar la zona afectada por el calor como una característica de calidad crítica.
La corrosión intergranular no es sólo un problema de corrosión; es una metalurgia, fabricación, y problema de confiabilidad.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre corrosión intergranular y corrosión general??
La corrosión general ataca la superficie de manera más o menos uniforme.,
mientras que la corrosión intergranular sigue los límites de los granos y puede causar un debilitamiento interno severo con una pérdida superficial visible relativamente pequeña..
¿Por qué se habla tan a menudo de los aceros inoxidables en la corrosión intergranular??
Porque muchos aceros inoxidables, grados especialmente austeníticos, Puede sensibilizarse cuando se forman carburos de cromo en los límites de los granos y dejan zonas empobrecidas en cromo..
ASTM A262 existe específicamente para detectar esta susceptibilidad..
¿Puede la soldadura causar corrosión intergranular??
Sí. La soldadura puede crear una zona afectada por el calor que pasa tiempo en el rango de sensibilización, Promueve precipitados o segregación.,
y deja tintes térmicos u otras condiciones superficiales que reducen la resistencia a la corrosión..
¿Cómo ayudan los grados de acero inoxidable con bajo contenido de carbono??
La reducción del carbono reduce la fuerza impulsora de la precipitación del carburo de cromo,
y grados como 304L, 316L, 317L, 321, y 347 Se utilizan específicamente para resistir la sensibilización durante operaciones de soldadura ordinarias..
