CORROSION BAJO TENSION DEL ACERO API 5L GRADO X52 EN PRESENCIA DE MUESTRAS DE SUELO J.J. González, ( [email protected]) ; H. Tovar ( [email protected]) PDVSA INTEVEP - Departamento Tecnología de Materiales ( (58) 2 908 7680, FAX (58) 2 908 7699 + AP 76343, Caracas 1070 A, Venezuela A. Bentolila Universidad Simón Bolívar Caracas Venezuela RESUMEN Desde la década de los 70, se han encontrado fallas asociadas al fenómeno de corrosión bajo tensión (CBT), en líneas de transmión de gas elaboradas con aceros al carbono. Estas han ocurrido en Canadá, Estados Unidos, la ex URSS (Gasoducto de Siberia) y en otros países. Los estudios realizados indican que las fallas por CBT tienen características no clásica, es decir, ocurren en zonas con pH cercano al neutro, el agrietamiento es transgranular y ocurre al potencial libre o en sitios con discontinuidades en el revestimiento donde no se logra la protección catódica. Con el propósito de determinar la susceptibilidad a la CBT del acero al carbono, se evaluaron muestras de suelo tomadas en las cercanías de gasoductos de occidente, centro y oriente del país. Estas fueron caracterizadas mediante análisis físico-químicos encontrándose una granulometría, composición iónica y pH variables. Se evaluó un acero de especificación API 5L X-52, el cual es utilizado como tubería de línea en sistemas de transmisión de gas. El comportamiento a la CBT del acero se determinó mediante ensayos mecánicos a velocidad de deformación lenta; además, se estudió la corrosividad de soluciones suelo/agua mediante ensayos de pérdida de peso.
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CORROSION BAJO TENSION DEL ACERO API 5L … material utilizado en este estudio fue un acero al carbono de especificación API 5L grado X52, el cual se emplea normalmente en la construcción
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CORROSION BAJO TENSION DEL ACERO API 5L GRADO X52 EN PRESENCIA
De todas las muestras evaluadas, las menores relaciones RTF y Rε, se encontraron en
el ensayo con la muestra D; obteniéndose 0,63 y 0,65. No obstante, el RRA es próximo
a 1, lo cual no permite concluir la existencia de CBT. La composición química de la
muestra presenta una concentración de SO4-2 y Mg+2 comparable a la de la solución
NS4; sin embargo, las otras especies (HCO3-, Cl-, Ca+2, K+ y Na+), están contenidas en
menor proporción, de donde es difícil asociar algún efecto de los componentes del
suelo en la CBT. El estudio fractográfico realizado por MEB indica que en todos los
casos la fractura fue dúctil y no se encontraron otras morfologías que se puedan asociar
a CBT.
En la Fig. 6 (a-d), se presentan las microestructuras correspondientes a la superficie de
fractura (fractografía) de las probetas ensayadas en presencia de las soluciones
suelo/agua del sistema I. La Fig. 6-a, sirve como referencia y corresponde a la fractura
de la probeta en presencia de agua. Las microfotografías de las probetas ensayadas
en presencia de los suelos, se presentan en las Figs. 6 b-e. Se observó que la fractura
fue dúctil del tipo copa-cono. En todos los casos, se observa la presencia de dimples y
hoyuelos típicos de fractura tipo dúctil, esta morfología no es una evidencia de CBT.
El detalle de la Fig. 6-f (suelo D), tomado a bajo aumento, parece indicar la presencia
de una banda o marca de playa que delimita diferentes morfologías. Este tipo de
microestructuras suele encontrarse en fallas con transición ductil-fragil. La Fig. 6-e,
corresponde al lugar por donde comenzó la fractura. Se observan algunas facetas
planas que los autores han llamado lenguas, que ocasionalmente se encuentran en
fracturas frágiles; sin embargo, su presencia es puntual. Esto no permite generalizar el
comportamiento ante la CBT y en base a los resultados no se puede afirmar la
presencia de este mecanismo.
Microestructuras similares fueron observadas en la superficie de factura de las
probetas ensayadas en presencia de las soluciones suelo/agua de los sistemas II y III.
Estas se muestran en la fig. 7 a-f. Las del sistema II: (a) suelo E, (b) suelo F y (c) suelo
G; y las del sistema III: (d) suelo H, (e) suelo I y (f) suelo J. Las morfologías de la
superficie de las probetas ensayadas, no indican evidencias contundentes de CBT,
tales como clivage, estructuras escalonadas, superficies lisas, grietas secundarias, etc.
Las probetas ensayadas en presencia de estos suelos, presentaron fractura modo
dúctil con formación de cuello tipo copa cono.
En el estudio metalográfico efectuado en cortes longitudinales (Fig. 8 a-f), de la sección
de prueba de las probetas facturadas no se encontró ninguna evidencia de
agrietamiento (fisuras, grietas superficiales o secundarias). En algunas probetas se
encontró corrosión localizada con pocos productos de corrosión. Estas picaduras
pueden actuar como concentradores de esfuerzos favoreciendo el agrietamiento del
material, pero este tipo de falla no puede atribuirse a algún mecanismo de CBT. La
profundidad de las picaduras fue del orden de los 50 µm.
Fig. 6. Morfología de la superficie de fractura de las probetas de acero 5L X52 ensayadas mediante la técnica SSR en presencia de suspensiones suelo/agua del sistema I: (a) ensayo en blanco (agua destilada, N2), (b) suelo A, (c) suelo B, (d) suelo C, (e) suelo D y (f) detalle de
(e) a bajo aumento.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 7. Morfología de la superficie de fractura de las probetas de acero 5L X52 ensayadas mediante la técnica SSR en presencia de soluciones suelo/agua del sistema II: (a) suelo E,
(b) suelo F, (c) suelo G y sistema III: (d) suelo H, (e) suelo I y (f) suelo J.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 8. Metalografía en corte longitudinal de las probetas ensayadas presencia de las soluciones suelo/agua de los sistemas: (a) I-suelo C, (b) I-suelo D, (c) detalle a bajo aumento
de II-suelo F, (d) II-suelo F, (e) III-suelo H y (f) III-suelo I.
(c) (d)
(e) (f)
(a) (b)
X300X40
X80X80
X80X80
Velocidad de corrosión
En la Tabla 8 se indica la velocidad de corrosión del acero 5LX-52 en presencia de las
muestras de suelo H y J provenientes del sistema III.
Tabla 8. Velocidad de corrosión del acero 5L-X52 en presencia las muestras de suelos H y J.
Muestra pH V corr [mpy]
H 6,8 3,9
J 5,7 3,0
La velocidad de corrosión obtenida en los cupones de acero X52 en presencia de las
suspensiones suelo/agua estuvo comprendida entre 3-4 mpy. La morfología de la
superficie de los cupones, antes y después del decapado fue observada a bajo
aumento y en MEB. En la Fig. 9, se muestra la superficie de los cupones que fueron
ensayados en presencia de las muestras H y J. Se observa que todos presentan una
película anaranjada con delgado espesor, característica de los procesos corrosivos del
hierro en presencia de un medio acuoso oxigenado. Dado el aspecto y la apariencia de
los productos de corrosión, se presume la presencia de óxido de hierro (Fe2O3) e
hidróxido de hierro Fe(OH)3.
Como la microestructura del acero presenta un tamaño de grano pequeño, se tiene una
alta energía superficial en condiciones favorable a los procesos de corrosión (estado
más estable); mientras que la continuidad de las fases, promueve la coalescencia de
picaduras.
Se establece un equilibrio dinámico en las reacciones de óxido-reducción en donde la
reacción anódica es la oxidación del hierro: Fe à Fe++ + 2e-; y las catódicas
corresponden a la de reducción del hidrógeno y el oxígeno: 2H+ + 2e- à H2 y O2 + 4H+ +
4e- à 2H2O. Por deshidratación del hidróxido o herrumbre, se produce óxido de hierro,
según:
2Fe(OH)3 ó Fe2O3 + 3H2O
(a) (b)
Fig. 9. Aspecto de los cupones de acero 5LX-52 en presencia de las soluciones con: (a) suelo H y (b) suelo J
En la Fig. 10 a-b, se muestra la morfología de la superficie de los cupones de acero
evaluados, después del decapado observadas en MEB. Se constata la presencia
corrosión uniforme leve con picaduras de diámetro del orden de 30 µm.
(a) (b)
Fig. 10. Morfología de la superficie de los cupones del acero 5LX-52, luego de 944 horas de exposición en las soluciones con suelo H y J
CONCLUSIONES
1. La microestructura del acero API 5L grado X52 está constituida de una matriz de
ferrita con colonias de perlita. El tamaño de grano es relativamente pequeño y se
presenta orientado en el sentido de laminación con una morfología bandeada. El
material presentó un bajo contenido de inclusiones.
2. Las muestras de suelo evaluadas, aún cuando presentan algunas características
similares a los suelos donde ha ocurrido el fenómeno de CBT, no están en el
intervalo de composición del electrolito de la serie NS. La concentración de iones
en el seno de la suspensión no es suficientemente alta (agresiva) como para
favorecer los mecanismos de CBT del acero.
3. El acero API 5LX grado 52, no es susceptible a la CBT en presencia de las
suspensiones suelo/agua preparadas a partir de muestras de suelo tomadas en
zonas adyacentes a la trayectoria de los sistemas de transmisión de gas y crudo
evaluadas para este estudio. La ubicación de las fallas encontradas en el sistema III
(Gasoducto Anaco-Caracas), sugiere que el mecanismo de CBT puede ser más
complejo que el reportado en la literatura.
4. La velocidad de corrosión obtenida en los cupones de acero X52 en presencia de
las suspensiones suelo/agua estuvo comprendida entre 3-4 mpy. Se encontró
corrosión localizada con picaduras de diámetro hasta 50 µm.
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