corrosión intergranular

En ciencia de los materiales , la corrosión intergranular ( CIG ), también conocida como ataque intergranular ( AIG ), es una forma de corrosión en la que los límites de los cristalitos del material son más susceptibles a la corrosión que su interior. ( Véase también corrosión transgranular).

Esta situación puede ocurrir en aleaciones que de otro modo serían resistentes a la corrosión, cuando los límites de grano se agotan, lo que se conoce comoAgotamiento de los límites de grano , de los elementos inhibidores de la corrosión como el cromo por algún mecanismo. Enlas aleacionesde níquellos aceros inoxidablesausteníticos , dondese agregacromocarburo de cromoen los límites de grano, lo que resulta en la formación de zonas empobrecidas en cromo adyacentes a los límites de grano (este proceso se llamasensibilización). Alrededor del 12% de cromo es mínimo requerido para asegurar la pasivación, un mecanismo por el cual se forma una película invisible ultradelgada, conocida como película pasiva, en la superficie de los aceros inoxidables. Esta película pasiva protege el metal de ambientes corrosivos. La propiedad de autorreparación de la película pasiva hace que el acero sea inoxidable.La lixiviación selectivaa menudo implica mecanismos de agotamiento de los límites de grano.

Estas zonas también actúan como pares galvánicos locales , causando corrosión galvánica localizada . Esta condición se produce cuando el material se calienta a temperaturas cercanas a los 700  °C durante demasiado tiempo, y suele ocurrir durante la soldadura o un tratamiento térmico inadecuado . Cuando se forman zonas de este material debido a la soldadura, la corrosión resultante se denomina corrosión de soldadura . Los aceros inoxidables pueden estabilizarse contra este comportamiento mediante la adición de titanio , niobio o tantalio , que forman carburo de titanio , carburo de niobio y carburo de tantalio preferentemente al carburo de cromo, reduciendo el contenido de carbono en el acero y, en caso de soldadura, también en el metal de aporte por debajo del 0,02 %, o calentando toda la pieza por encima de los 1000  °C y enfriándola en agua, lo que lleva a la disolución del carburo de cromo en los granos y luego evita su precipitación. Otra posibilidad es mantener las piezas soldadas lo suficientemente delgadas para que, al enfriarse, el metal disipe el calor demasiado rápido para que el carburo de cromo precipite. Las pruebas ASTM A923, ^{[ 1 ]} ASTM A262, ^{[ 2 ]} y otras similares se utilizan con frecuencia para determinar cuándo los aceros inoxidables son susceptibles a la corrosión intergranular. Estas pruebas requieren un ataque químico que revela la presencia de partículas intermetálicas, a veces combinado con la prueba Charpy V-Notch y otras pruebas mecánicas.

Otro tipo de corrosión intergranular relacionada se denomina ataque de línea de cuchillo ( KLA ). El ataque de línea de cuchillo afecta a los aceros estabilizados con niobio, como el acero inoxidable 347. El titanio, el niobio y sus carburos se disuelven en el acero a temperaturas muy elevadas. En ciertos regímenes de enfriamiento (dependiendo de la velocidad de enfriamiento), el carburo de niobio no precipita y el acero se comporta entonces como un acero no estabilizado, formando en su lugar carburo de cromo. Esto afecta solo a una zona delgada de varios milímetros de ancho en las proximidades de la soldadura, lo que dificulta su detección y aumenta la velocidad de corrosión. Las estructuras fabricadas con dichos aceros deben calentarse en su totalidad a unos 1065  °C (1950  °F), momento en el que el carburo de cromo se disuelve y se forma el carburo de niobio. La velocidad de enfriamiento posterior a este tratamiento no es importante, ya que el carbono que de otro modo supondría un riesgo de formación de carburo de cromo ya está secuestrado como carburo de niobio. ^{[ 3 ]}

Las aleaciones a base de aluminio pueden ser sensibles a la corrosión intergranular si hay capas de materiales que actúan como ánodos entre los cristales ricos en aluminio. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia, especialmente cuando se extruyen o se someten a un alto grado de trabajo, pueden sufrir corrosión por exfoliación (metalurgia) , donde los productos de corrosión se acumulan entre los granos planos y alargados y los separan, lo que produce un efecto de levantamiento o formación de láminas y a menudo se propaga desde los bordes del material a través de toda su estructura. ^{[ 4 ]} La corrosión intergranular es una preocupación especialmente para las aleaciones con alto contenido de cobre .

Otros tipos de aleaciones también pueden sufrir exfoliación; la sensibilidad del cuproníquel aumenta con su contenido de níquel. Un término más amplio para este tipo de corrosión es corrosión lamelar . Las aleaciones de hierro son susceptibles a la corrosión lamelar, ya que el volumen de óxidos de hierro es aproximadamente siete veces mayor que el volumen del metal original, lo que provoca la formación de tensiones internas que desgarran el material. Un efecto similar conduce a la formación de láminas en los aceros inoxidables, debido a la diferencia de dilatación térmica entre los óxidos y el metal. ^{[ 5 ]}

Las aleaciones a base de cobre se vuelven sensibles cuando se produce una disminución del contenido de cobre en los límites de grano.

Las aleaciones anisotrópicas , en las que la extrusión o el trabajo pesado conducen a la formación de granos largos y planos, son especialmente propensas a la corrosión intergranular. ^{[ 6 ]}

La corrosión intergranular inducida por tensiones ambientales se denomina agrietamiento por corrosión bajo tensión . La corrosión intergranular puede detectarse mediante métodos ultrasónicos y de corrientes de Foucault.

La sensibilización se refiere a la precipitación de carburos en los límites de grano de un acero inoxidable o aleación, lo que provoca que el acero o la aleación sean susceptibles a la corrosión intergranular o al agrietamiento por corrosión bajo tensión intergranular.

Ciertas aleaciones, al exponerse a una temperatura de sensibilización, se vuelven particularmente susceptibles a la corrosión intergranular. En una atmósfera corrosiva, las interfaces de los granos de estas aleaciones sensibilizadas se vuelven muy reactivas, lo que da lugar a la corrosión intergranular. Esta se caracteriza por un ataque localizado en los límites de grano y sus inmediaciones, con una corrosión relativamente escasa de los granos en sí. La aleación se desintegra (los granos se desprenden) y/o pierde resistencia.

Las fotos muestran la microestructura típica de un acero inoxidable tipo 304 normalizado (no sensibilizado) y un acero altamente sensibilizado. Las muestras se pulieron y atacaron químicamente antes de tomar las fotos , y las áreas sensibilizadas se muestran como líneas anchas y oscuras donde el líquido de ataque ha causado corrosión. Las líneas oscuras consisten en carburos y productos de corrosión. Generalmente se considera que la corrosión intergranular es causada por la segregación de impurezas en los límites de grano o por el enriquecimiento o empobrecimiento de uno de los elementos de aleación en las áreas de los límites de grano. Así, en ciertas aleaciones de aluminio , se ha demostrado que pequeñas cantidades de hierro se segregan en los límites de grano y causan corrosión intergranular. También se ha demostrado que el contenido de zinc de un latón es mayor en los límites de grano y es susceptible a dicha corrosión. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia, como las aleaciones tipo duraluminio (Al-Cu), que dependen de fases precipitadas para su endurecimiento, son susceptibles a la corrosión intergranular después de la sensibilización a temperaturas de aproximadamente 120  °C. Las aleaciones ricas en níquel , como Inconel 600 e Incoloy 800, muestran una susceptibilidad similar. Las aleaciones de zinc fundido a presión que contienen aluminio presentan corrosión intergranular por vapor en una atmósfera marina. Los aceros Cr-Mn y Cr-Mn-Ni también son susceptibles a la corrosión intergranular tras la sensibilización en el rango de temperatura de 420 °C a 850 °C. En el caso de los aceros inoxidables austeníticos , cuando estos aceros se sensibilizan al calentarse en el rango de temperatura de aproximadamente 520 °C a 800 °C, se produce un agotamiento de cromo en la región del límite de grano, lo que resulta en susceptibilidad a la corrosión intergranular. Dicha sensibilización de los aceros inoxidables austeníticos puede ocurrir fácilmente debido a los requisitos de temperatura de servicio, como en los generadores de vapor , o como resultado de la soldadura posterior de la estructura formada.    

Se han utilizado diversos métodos para controlar o minimizar la corrosión intergranular de aleaciones susceptibles, en particular de aceros inoxidables austeníticos . Por ejemplo, se ha empleado un tratamiento térmico de solución a alta temperatura , comúnmente denominado recocido de solución , recocido de temple o temple de solución. La aleación se calienta a una temperatura de entre 1060  °C y 1120  °C y posteriormente se enfría en agua. Este método suele ser inadecuado para el tratamiento de grandes conjuntos y resulta ineficaz cuando posteriormente se utiliza soldadura para realizar reparaciones o unir otras estructuras.

Otra técnica de control para prevenir la corrosión intergranular consiste en incorporar formadores de carburos fuertes o elementos estabilizadores como el niobio o el titanio en los aceros inoxidables. Estos elementos tienen una afinidad mucho mayor por el carbono que el cromo ; la formación de carburos con estos elementos reduce el carbono disponible en la aleación para la formación de carburos de cromo . Un acero inoxidable austenítico de cromo-níquel-cobre estabilizado con titanio se muestra en la patente estadounidense n.° 3.562.781. Alternativamente, el acero inoxidable puede reducirse inicialmente a un contenido de carbono inferior al 0,03 %, de modo que no haya suficiente carbono disponible para la formación de carburos. Estas técnicas son costosas y solo parcialmente efectivas, ya que puede producirse sensibilización con el tiempo. Los aceros con bajo contenido de carbono también suelen presentar menor resistencia a altas temperaturas.

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