Métodos de ensayo de corrosión para el acero

Lo que un ensayo acelerado puede y no puede hacer

La fuente es directa al respecto, y la advertencia es la frase más útil de todo el tema. Los ensayos de niebla salina se han utilizado durante más de cien años como ensayos acelerados de la corrosibilidad de metales ferrosos y no ferrosos y del grado de protección que ofrecen los recubrimientos inorgánicos y orgánicos. Se emplean con mayor frecuencia para comparar el rendimiento relativo de metales y recubrimientos frente a un estándar conocido y conservado, para control de calidad. Las varianzas de reproducibilidad se han discutido extensamente, y también la cuestionable correlación de los resultados con el rendimiento real en servicio, y la fuente nombra la causa. El ensayo nunca tuvo la intención de simular un entorno o condición de servicio particular, excepto en los raros casos en que existen datos corroborantes que respalden ese uso. Lo que realmente aplica es una cantidad estandarizada de actividad corrosiva para que los materiales y recubrimientos puedan compararse entre sí.

Ese planteamiento decide cómo debe leerse un resultado de corrosión en un pedido de acero. Una cifra de niebla salina respalda una afirmación sobre consistencia y posición relativa. No respalda una afirmación sobre cuánto durará un molde, y la diferencia importa más en los casos en que el cliente plantea la segunda pregunta y el proveedor responde con la primera.

Ensayos en cámara y las condiciones en que se ejecutan

Los métodos de niebla salina más utilizados en Estados Unidos y gran parte del resto del mundo son los de ASTM B 117, ASTM B 368 y ASTM G 85, y muchas normas nacionales y de empresa se ajustan en gran medida a esos detalles. El mismo aparato, debidamente equipado, también ejecuta los ensayos de humedad, que utilizan agua desionizada como único agente corrosivo y no contienen sal alguna. La tabla siguiente recoge los métodos con su electrolito, pH, temperatura y estructura de etapas, incluidos los ensayos cíclicos que se desarrollaron para acercar la exposición a un ciclo exterior alternando etapas húmedas, secas y salinas.

Métodos de ensayo de corrosión en cámara de uso común tal como los tabula la fuente, agrupados en ensayos estáticos y ensayos cíclicos. Los ensayos de humedad utilizan agua desionizada como único agente corrosivo y no contienen sal. Condensado de la Tabla 1 del artículo.

Dos lecturas de esa tabla merecen conservarse. La primera es que los métodos estáticos de niebla neutra se sitúan todos en el mismo punto, 5% de cloruro de sodio a un pH entre 6,5 y 7,2 y una temperatura de 35 C, y las diferencias entre las normas nacionales están mayormente en tolerancias menores. Las variantes acidificadas desplazan el pH a entre 2,8 y 3,3, y la variante acelerada con cobre añade 0,25 gramos por litro de cloruro de cobre y eleva la temperatura a 49 C, que es como se hace más rápido el ensayo sin cambiar el aparato. La segunda lectura es que un ensayo cíclico no es una versión más severa de uno estático. Es un experimento diferente, y una clasificación obtenida con uno de los métodos cíclicos no coincidirá necesariamente con una clasificación obtenida con la niebla estática aunque ambos se llamen niebla salina.

Métodos electroquímicos y lo que aportan

Los métodos electroquímicos son la vía hacia un número en lugar de una clasificación. La base es que la resistencia a la polarización, definida como la pendiente de la curva de polarización en el potencial de corrosión donde la corriente es cero, está inversamente relacionada con la densidad de corriente de corrosión, y la relación es la ecuación de Stern y Geary. La densidad de corriente de corrosión es igual a una constante B dividida por la resistencia a la polarización, y B se calcula a partir de las pendientes de Tafel anódica y catódica. Cuando las pendientes no se conocen, la fuente señala que a menudo se usa una constante B entre 13 y 26 milivoltios para estimaciones cualitativas, y esa es la fuente de la mayor parte del desacuerdo entre dos laboratorios que informan velocidades diferentes para el mismo acero.

Métodos electroquímicos para ensayos de corrosión tal como los presenta la fuente. Los métodos de señal pequeña se describen como no destructivos, lo que permite repetirlos en la misma probeta.

Dos efectos experimentales deciden si una medición de resistencia vale algo. El primero es la velocidad de barrido. Si el potencial se barre demasiado rápido, la resistencia a la polarización medida resulta demasiado baja y se sobreestima la velocidad de corrosión. El segundo es la resistencia no compensada entre el electrodo de referencia y la superficie, que se suma al valor medido porque la resistencia experimental contiene ambos términos. Ese error puede ser significativo en un sistema con una velocidad de corrosión alta en una solución poco conductora, y puede eliminarse durante la medición mediante realimentación positiva o interrupción de corriente, o restarse después. Ambos efectos apuntan en la misma dirección en la práctica. Una velocidad citada a partir de una medición de resistencia a la polarización sin el método de control de potencial y el tratamiento de la caída óhmica es una cifra que no puede compararse con otra, incluso en el mismo acero.

Los métodos de señal pequeña tienen una propiedad que importa para un proveedor. Como solo se aplica una señal pequeña para que el sistema permanezca lineal, la medición es no destructiva y puede repetirse muchas veces en la misma probeta. Eso es lo que hace posible el monitoreo continuo, y la fuente señala como principal ventaja de la vía de resistencia a la polarización sobre la pérdida de peso periódica la capacidad de seguir una velocidad instantánea de forma continua en lugar de muestrearla. La espectroscopía de impedancia va más allá y describe el sistema en un punto de trabajo fijo en un rango de frecuencia muy amplio, típicamente desde 100 kHz hasta 1 mHz, por lo que se presenta como un diagrama de Bode en lugar de una sola resistencia y por lo que se necesita un modelo de circuito equivalente para convertir un espectro en una velocidad.

Poner dos velocidades una al lado de la otra

Las velocidades de corrosión se reportan en unidades que no pueden compararse directamente, porque algunas se basan en masa y otras en penetración. La conversión entre ellas necesita una cantidad adicional, la densidad del metal, ya que una pérdida de masa por unidad de área solo se convierte en una profundidad de metal perdido cuando se conoce la densidad. La tabla siguiente da el conjunto completo de relaciones para las unidades de uso común, y el término de densidad aparece como el símbolo d en los factores que lo necesitan.

Los factores de conversión entre las unidades comúnmente usadas para las velocidades de corrosión se leen horizontalmente desde la unidad en la columna izquierda. El símbolo d representa la densidad del metal en gramos por centímetro cúbico, por lo que las unidades basadas en masa no pueden convertirse a una velocidad de penetración sin él. Fuente, Tabla 1 de la sección de conversión de velocidades de corrosión.

Para el trabajo con acero para herramientas, la consecuencia práctica es simple. Una velocidad expresada en milésimas de pulgada por año de una fuente estadounidense y una velocidad expresada en milímetros por año de una europea deben llevarse a la misma unidad antes de cualquier comparación, y una velocidad expresada en miligramos por decímetro cuadrado por día también debe dividirse por la densidad del acero. La conversión en sí no es la parte difícil. Decidir qué velocidad corresponde a la condición superficial que se tiene delante sí lo es, porque un acabado de laminación y un acabado rectificado del mismo grado no se ensayan igual.

Qué ensayo responde a qué pregunta

Vale la pena separar los tipos de pregunta, porque el ensayo equivocado suele elegirse porque la pregunta correcta nunca se formuló por escrito. Un proveedor que pregunta si un lote es consistente con el anterior necesita un ensayo de clasificación contra un estándar retenido, que es lo que ofrece una cámara de niebla salina o una exposición a cloruro férrico. Un ingeniero que pregunta cuánto durará un componente necesita datos de campo del mismo entorno o un potencial de repasivación usado como límite operativo, y ninguno de esos es un ensayo de cámara. Un ingeniero de procesos que pregunta si un circuito de refrigeración se está corroyendo actualmente necesita un método continuo en lugar de una probeta, que es la vía de la resistencia a la polarización o del monitoreo de resistencia.

Qué puede y qué no puede respaldar cada clase de ensayo de corrosión, tomado de la forma en que la fuente declara el propósito de cada uno. La idea rectora es que un ensayo acelerado clasifica materiales y confirma una condición, y no predice el tiempo hasta la falla.

Un límite atraviesa toda la tabla y merece enunciarse por sí solo. Promediar una velocidad de corrosión uniforme es exactamente la operación que oculta el ataque localizado, porque un picado que perfora una pared puede consumir una masa de acero insignificante. Por eso la fuente describe los métodos eléctricos y electroquímicos en línea como más adecuados para monitorear corrosión uniforme que corrosión localizada, y por eso una evaluación de picado tiene que ser un examen aparte. El lado del picado de eso se cubre en Corrosión por picadura en acero para herramientas y moldes, y la versión de rendija del mismo examen en corrosión por rendija en acero para moldes.

Qué significa esto en un pedido de acero para herramientas

De esto se desprenden tres cosas. Nombre el ensayo además del requisito, porque niebla salina, cloruro férrico y un barrido de polarización clasificarán las mismas tres calidades en órdenes diferentes. Indique la densidad junto a cualquier velocidad basada en masa, o indique la velocidad como profundidad de penetración y evite por completo la conversión. Y mantenga la verificación de corrosión localizada separada de la medición de velocidad uniforme, porque las dos responden a preguntas diferentes y la segunda no detecta la primera. La ruta general de inspección y verificación dentro de la cual se inserta esto está en Verificación de la calidad del acero para herramientas, cómo se analiza la composición química del acero y toma de muestra de acero para un ensayo de laboratorio, el lado de preparación de probetas que decide la mayoría de estos resultados está en Métodos de ensayo de dureza y medición de inclusiones y tamaño de grano, las calidades y su comportamiento frente a la corrosión se grafican en la tabla de resistencia a la corrosión del acero inoxidable, y la norma de embalaje a la que alimenta una clasificación de corrosividad se describe en prevención de óxido en almacenamiento y tránsito.

Fuente: ASM Handbook, Volume 13A, Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection, ASM International, 2003.