agrietamiento por corrosión bajo tensión

La corrosión bajo tensión ( CBT ) es el crecimiento de grietas en un ambiente corrosivo . Puede provocar fallos inesperados y repentinos en aleaciones metálicas normalmente dúctiles sometidas a tensión , especialmente a temperaturas elevadas. La CBT es altamente específica químicamente, ya que ciertas aleaciones solo son propensas a sufrir CBT cuando se exponen a un número reducido de ambientes químicos. El ambiente químico que causa la CBT en una aleación determinada suele ser solo ligeramente corrosivo para el metal. Por lo tanto, las piezas metálicas con CBT severa pueden parecer brillantes y relucientes, aunque estén llenas de microfisuras. Este factor hace que la CBT pase desapercibida antes del fallo. La CBT suele progresar rápidamente y es más común en aleaciones que en metales puros. El ambiente específico es de vital importancia, y solo se necesitan concentraciones muy pequeñas de ciertos productos químicos altamente reactivos para producir una fisuración catastrófica, que a menudo conduce a fallos devastadores e inesperados. ^{[ 1 ]}

Las tensiones pueden ser consecuencia de las cargas en las hendiduras debidas a la concentración de tensiones , o bien del tipo de ensamblaje o de las tensiones residuales de la fabricación (por ejemplo, el trabajo en frío). Estas tensiones residuales pueden aliviarse mediante recocido u otros tratamientos superficiales. El fallo inesperado y prematuro de los equipos de procesamiento químico, por ejemplo, debido a la corrosión bajo tensión, constituye un grave riesgo para la seguridad del personal, las instalaciones operativas y el medio ambiente. Al disminuir la fiabilidad de este tipo de equipos, dichos fallos también afectan negativamente a la productividad y la rentabilidad.

La fisuración por corrosión bajo tensión afecta principalmente a metales y aleaciones metálicas . Un efecto similar, también conocido como fisuración por tensión ambiental , afecta a otros materiales como polímeros , cerámica y vidrio .

Polímeros

Un proceso similar ( agrietamiento por tensión ambiental ) ocurre en polímeros cuando los productos se exponen a disolventes específicos o sustancias químicas agresivas como ácidos y álcalis . Al igual que con los metales, el ataque se limita a polímeros específicos y sustancias químicas particulares. Así, el policarbonato es sensible al ataque de álcalis, pero no de ácidos. Por otro lado, los poliésteres se degradan fácilmente con ácidos, y el agrietamiento por tensión ambiental es un mecanismo de falla probable . Los polímeros son susceptibles al agrietamiento por tensión ambiental cuando los agentes atacantes no necesariamente degradan los materiales químicamente. El nailon es sensible a la degradación por ácidos, un proceso conocido como hidrólisis , y las piezas moldeadas de nailon se agrietan cuando son atacadas por ácidos fuertes.

Por ejemplo, la superficie de fractura de un conector de combustible mostró el crecimiento progresivo de la grieta desde el ataque ácido (Ch) hasta la cúspide final (C) del polímero. En este caso, la falla fue causada por la hidrólisis del polímero por contacto con ácido sulfúrico que se filtraba de una batería de automóvil . La reacción de degradación es la inversa de la reacción de síntesis del polímero.

El ataque del ozono , otra forma de corrosión bajo tensión en polímeros, puede provocar la formación de grietas en diversos elastómeros . Pequeñas trazas de este gas en el aire atacan los enlaces dobles de las cadenas de caucho, siendo el caucho natural , el caucho de estireno-butadieno y el caucho de nitrilo-butadieno los más sensibles a la degradación. Las grietas por ozono se forman en productos sometidos a tensión, pero la deformación crítica es muy pequeña. Estas grietas siempre se orientan perpendicularmente al eje de deformación, por lo que se forman alrededor de la circunferencia de un tubo de caucho doblado. Dichas grietas son peligrosas cuando se producen en tuberías de combustible, ya que se propagan desde las superficies exteriores expuestas hacia el interior de la tubería, pudiendo provocar fugas de combustible e incendios. La corrosión por ozono puede prevenirse añadiendo agentes antiozonantes al caucho antes de la vulcanización . Si bien antes era común observar grietas por ozono en los flancos de los neumáticos de automóviles , ahora son poco frecuentes gracias al uso de estos aditivos. Sin embargo, el problema persiste en productos sin protección, como tubos y juntas de caucho.

Vaso

La propagación subcrítica de grietas en vidrios se divide en tres regiones. En la región I, la velocidad de propagación de la grieta aumenta con la humedad ambiental debido a la reacción química intensificada por la tensión entre el vidrio y el agua. En la región II, la velocidad de propagación de la grieta está controlada por difusión y depende de la velocidad a la que los reactivos químicos pueden transportarse hasta la punta de la grieta. En la región III, la propagación de la grieta es independiente de su entorno, habiendo alcanzado una intensidad de tensión crítica. Otros productos químicos, además del agua, como el amoníaco, pueden inducir la propagación subcrítica de grietas en el vidrio de sílice, pero deben poseer un sitio donador de electrones y un sitio donador de protones . ^{[ 4 ]}

• Las tensiones residuales de compresión generadas por el granallado láser se controlan con precisión tanto en ubicación como en intensidad, y pueden aplicarse para mitigar transiciones bruscas hacia regiones de tracción. El granallado láser genera tensiones residuales de compresión profundas, del orden de 10 a 20 veces más profundas que el granallado convencional, lo que las hace significativamente más beneficiosas para prevenir la corrosión bajo tensión (SCC). ^{[ 5 ]} El granallado láser se utiliza ampliamente en las industrias aeroespacial y de generación de energía en motores de turbina de gas. ^{[ 6 ]}
• Selección de materiales: Elegir el material adecuado para un entorno específico puede ayudar a prevenir la corrosión bajo tensión (CBT). En entornos corrosivos, se deben utilizar materiales con mayor resistencia a la corrosión y a la corrosión bajo tensión. Por ejemplo, el uso de acero inoxidable en lugar de acero al carbono en un entorno marino puede reducir la probabilidad de CBT. ^{[ 7 ]}
• Recubrimientos protectores: La aplicación de un recubrimiento o barrera protectora puede ayudar a evitar que las sustancias corrosivas entren en contacto con la superficie metálica, reduciendo así la probabilidad de corrosión bajo tensión (CBT). Por ejemplo, el uso de un recubrimiento epoxi en la superficie interior de una tubería puede reducir la probabilidad de CBT. ^{[ 7 ]}
• Protección catódica: La protección catódica es una técnica que se utiliza para proteger los metales de la corrosión mediante la aplicación de una pequeña corriente eléctrica a la superficie del metal. Esta técnica también puede ayudar a prevenir la corrosión bajo tensión (SCC) al reducir el potencial de corrosión del metal. ^{[ 7 ]}
• Controles ambientales: Controlar el entorno alrededor del metal puede ayudar a prevenir la corrosión bajo tensión (SCC). Por ejemplo, reducir la temperatura o la acidez del entorno puede ayudar a prevenir la SCC. ^{[ 7 ]}
• Inspección y mantenimiento: Las inspecciones y el mantenimiento regulares pueden ayudar a detectar la corrosión bajo tensión antes de que cause una falla. Esto incluye inspecciones visuales, ensayos no destructivos y monitoreo de factores ambientales. ^{[ 7 ]}

• Un gasoducto de 32 pulgadas de diámetro, perteneciente a la compañía Tennessee Gas Pipeline, explotó y se incendió el 4 de marzo de 1965, causando la muerte de 17 personas. Al menos otras 9 resultaron heridas y 7 viviendas ubicadas a 450 pies del punto de ruptura quedaron destruidas. ^{[ 8 ] [ 9 ]}
• La corrosión bajo tensión (SCC) provocó el colapso catastrófico del Puente de Plata en diciembre de 1967, cuando un puente colgante de barra de ojo sobre el río Ohio en Point Pleasant , Virginia Occidental , falló repentinamente. La junta de la cadena principal cedió y toda la estructura se derrumbó en el río, causando la muerte de 46 personas que viajaban en vehículos por el puente. El óxido en la junta de la barra de ojo había provocado una fisura por corrosión bajo tensión, que se volvió crítica como resultado de la alta carga del puente y la baja temperatura. El fallo se vio exacerbado por un alto nivel de tensión residual en la barra de ojo. El desastre llevó a una reevaluación de los puentes en todo el país. ^{[ 10 ]}
• Vuelo 243 de Aloha Airlines : En 1988, el vuelo 243 de Aloha Airlines sufrió una falla parcial del fuselaje debido a la corrosión bajo tensión (SCC). El Boeing 737-200 volaba de Hilo a Honolulu, Hawái, cuando una sección del fuselaje se rompió, provocando una descompresión. La investigación del incidente determinó que la SCC se había producido en el revestimiento de aluminio del fuselaje debido a los repetidos ciclos de presurización y despresurización de la aeronave. El incidente dio lugar a cambios en los procedimientos de mantenimiento e inspección de las aeronaves para prevenir fallas similares en el futuro. ^{[ 11 ]}
• Oleoducto Trans-Alaska : En 2001, un tramo del oleoducto Trans-Alaska falló debido a la corrosión bajo tensión (CBT). El oleoducto se utiliza para transportar petróleo crudo desde la vertiente norte de Alaska hasta la terminal marítima de Valdez. La falla ocurrió cuando un tramo de 10,4 metros (34 pies) del oleoducto se rompió, provocando un derrame de más de 1000 litros (285 000 galones) de petróleo crudo. La investigación de la falla determinó que la CBT se había producido en el oleoducto debido a la presencia de agua y bacterias, que habían creado un ambiente corrosivo. ^{[ 12 ]}
• Periscopio del submarino USS Hartford : En 2009, el periscopio del submarino USS Hartford falló debido a una corrosión bajo tensión (CBT). El periscopio se utiliza para observar la superficie mientras el submarino está sumergido. La falla ocurrió cuando el periscopio se extendió a través del casco del submarino, lo que provocó la entrada de agua de mar en su sello. El agua de mar causó una CBT en la estructura de soporte de acero del periscopio, lo que provocó que este volviera a caer dentro del submarino. Afortunadamente, no hubo heridos, pero el submarino tuvo que ser retirado de servicio para reparaciones. ^{[ 13 ] [ 14 ]}
• NDK Crystal : En 2009, un autoclave de 15 metros de altura para el cultivo de cuarzo en una planta de Belvidere, Illinois, se rompió violentamente debido a la corrosión bajo tensión (SCC), causando una muerte y un herido en negocios cercanos. El autoclave estaba lleno de una solución caliente de hidróxido de sodio a alta presión , y el grueso recipiente de acero a presión no estaba diseñado para soportar ambientes corrosivos. Sin embargo, los operadores de la planta creían erróneamente que las paredes del recipiente estarían protegidas de la corrosión por la formación de una capa autopasivante de silicato de hierro y sodio . A pesar de un incidente previo de SCC en 2007 y advertencias específicas de la aseguradora de NDK Crystal, ninguno de los ocho autoclaves de la planta fue sometido a inspecciones de seguridad. ^{[ 15 ]}

• Química forense : aplicación forense del estudio de la química. 
• Ingeniería forense : investigación de fallos asociados a la intervención legal. 
• Ingeniería de materiales forenses – Rama de la ingeniería forense 
• Ingeniería forense de polímeros : estudio de fallas en productos poliméricos. 
• Mecánica de fractura : estudio de la propagación de grietas en materiales. 
• Agrietamiento por tensión ambiental : Fallo frágil de polímeros termoplásticos 
• Fractura por estrés ambiental – Fallo del material 
• Fragilización por hidrógeno : reducción de la ductilidad de un metal expuesto al hidrógeno. 
• Agrietamiento por ozono : Grietas en muchos elastómeros diferentes debido al ataque del ozono. 
• Degradación de polímeros : alteración de las propiedades del polímero bajo la influencia de factores ambientales. 
• Agrietamiento estacional : forma de agrietamiento por corrosión bajo tensión de las vainas de cartuchos de latón. 
• Agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro : forma de fragilización por hidrógeno debida al sulfuro de hidrógeno. 

• Contenido multimedia relacionado con la fisuración por corrosión bajo tensión en Wikimedia Commons.