EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA DE LOS ACEROS SIDOR- ARCO (A-588) Y ACERO AL CARBONO (A-36)

EN MEDIO RURAL.

Unda Gil Victor Maizo Ovidio León Maritza Martinez UMtta D'Onofrio Fernando Gonúlez

Resumen: Este trabajo presenta los resultados obtenidos en la Estación Experimental de Tumeremo en el Estado Bolívar, perteneciente al proyecto • MAPA VENEZOLANO DE CORROSIÓN ATMOSFÉRICA· ( M. V. C.A.). Los objetivos principales de este estudio fueron comparar la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros SIDOR ARCO ( A-588 ) y acero al carbono ( A-36 ) en zona rural y correlacionar la velocidad de corrosión de los materiales evaluados con los datos meteorológicos y el nivel de contaminantes atmosféricos de la zona. Los resultados de los ensayos de campo corresponden a un período de 5 anos y fueron realizados de acuerdo a las normas ASTM G-1 y G-50 y las muestras se evaluaron segun la norma ISO/DIS 8407. Adicionalmente, se estudió la morfología de los productos de corrosión por Microscopía Electrónica de Barrido ( MEB ) y se caracterizaron las fases presentes por Difracción de Rayos X y espectroscopia Mossbauer. Los resultados obtenidos indican que el acero SIDOR-ARCO presenta una mayor resistencia a la corrosión atmosférica que el acero A-36, explicándose este comportamiento debido a las diferentes características de las capas de productos de corrosión que se forman sobre ambos aceros. En el acero SIDOR-ARCO, los ensayos indican que se forma una capa de óxido protectora densa adherente, cuyas características están afectadas por los elementos aleantes ( Cu, Ni, Cr, V), los cuales forman compuestos estables que mejoran la adhesión de la capa y reducen considerablemente la porosidad, disminuyendo de esta forma el paso de la humedad, oxígeno y agentes contaminantes.

Palabras Clave: Acero A-36 1 Acero A-588 1 Acero estructural 1 Acero patinable 1 Acero SIDOR ARCO 1 Corrosión atmosférica 1 Medio rural

EVALUATION OF THE ATMOSPHERIC CORROSION RESISTANCE OF SIDOR-ARCO STEEL (A-588) AND CARBON STEEL (A-36)

UNDER RURAL ENVIRONMENT

Abstract: This paper reports the results ofTumeremo's Experimental Station (Bolívar State) as part of the project VENEZUELAN MAP OF ATMOSPHERIC CORROSION (M.V.C.A.). This project has as it main objective to compare the atmospheric resistance to corrosíon of ) SIDOR- ARCO steel (A-588) and carbon steel (A-36) in rural areas and correlata the corrosíon rate of these two mataríais with meteorologícal data and the level of atmospheric pollutants ín such environments. The results of the fíeld tests refer to a 5-years period. The tests were carried out according to ASTM G-1 and G-50 standards and samples of these two steels were evaluated under ISO/OIS 8407 regulations. In addition, the morphological study of the corrosion products was done by means of Electron Scanning Microscopy. Present phases were characterised through X-ray diffractíon and Mossbauer spectroscopy. The resulting data indícate that SIDOR-ARCO steel otrers a higher resistance to atmospheric corrosion than the carbon steel A-36. This may be due to different characteristics of the corrosíon product layers which form on both steels. Tests of the SIDOR-ARCO steel show that a dense, adherent, oxide-protective layer ís formed and whose characteristics are affected by alloying elements (Cu, Ni, Cr, V) originaüng stables compounds. Such compounds improve layer adherence and reduce porosity considerably, thus decreasing the passage of moisture, oxigen and contaminants.

Key words: Atmospheric Corrosion 1 Carbon Steel (A-36) 1 Film Steel/ Rural Environment 1 SIDOR-ARCO Steel (A-588) 1 Structural Steel.

Los lng. linda Gl, Vlctor Maízo y Ovidio León son Profesor Asociado, Profesor lrwtructor y Profesor~ respectivamente del Departamento de lngenierla Metalúrgica, Centro de Estudios de Corrosión de la UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz, Urb. VIlla Asia, final Calle China, telefax (086) 823066 y 8252-45. La Tec. Maritza Martlnez es Asistente del mismo Centro. La Uc. Usetta D'Onofrio es Profesor Tltutar de la Escuela de Flsica de la Fac:Utad de Ciencias de la Universidad Central de Venezuela y el Uc. Fernando Gonzélez es Profesor Titular de la FaWiad de Ciencias y Coordinador del Laboratorio de Espectroscopia Mossbauer de esta misma Universidad.

•ni!HI.Aa, CII!.CIA 7 II!C .... MIIA. Ailo l. Nlimero 2. J111fio 1997. pp. 30-36 --------

------------------------ Gil. L., et. al., Resistencia a la corrosi6n atnwsfhica

l.-INTRODUCCIÓN

Venezuela es un país que tiene un gran parque industrial con los más variados problemas de corrosión al igual que otros países Latinoamericanos . A raíz de esta problemática, un grupo de investigadores de Venezuela se reunieron para proponer el proyecto Mapa Venezolano de Corrosión Atmosférica . El principal objetivo de este proyecto fue caracterizar la corrosividad atmosférica en Venezuela, a través de un mapa de corrosividad, en función de parámetros climáticos y de contaminación. Así mismo, se pretendió a través del estudio de los productos de corrosión, obtener un mayor conocimiento de los mecanismos de corrosión operantes y por ultimo, sentar las bases para una selección óptima de materiales metálicos y recubrimientos .

La Universidad Nacional Experimental Politécnica, ( UNEXPO ), "Antonio José de Sucre·, Vicerrectorado Puerto Ordaz, participa an el proyecto de elaboración del Mapa Venezolano de Corrosividad Atmosférica ( M.VC.A ), teniendo bajo su responsabilidad la Estación Experimental de Tumeremo, Estado Bolívar, que se encuentra instalada en la Estación Meteorológica de la Fuerza Aérea Venezolana ( F.A.V. ) de la misma ciudad.

Los objetivos de este trabajo se centraron en caracterizar la atmósfera de la estación y evaluar el efecto de los contaminantes y condiciones meteorológicas en la resistencia a la corrosión atmosférica de los aceros A-36 y acero SIDOR-ARCO (A-588), así como comparar el comportamiento del acero patinable (A-588) respecto al acero al carbono (A-36). En este trabajo se presentan los resultados después de cinco años de evaluación.

El proceso de corrosión atmosférica está catalogado como un fenómeno electroquímico (1 ,2) por lo que el electrolito , el proceso anódico y el proceso catódico son factores que tienen una estrecha relación con la cinética del proceso global. Es decir, para que un metal sufra corrosión atmosférica, es imprescindible que estén presentes, al mismo tiempo ,el agua como electrolito conductor de la corriente eléctrica generada en las reacciones electroquímicas , el oxígeno o el hidrógeno, como elementos que sufren el proceso de reducción en medios ácidos o alcalinos según el caso y el material metálico que sufrirá el proceso de oxidación o pérdida de electrones, corroyéndose .

De las variables mencionadas , la cantidad de agua presente es el elemento limitante del proceso corrosivo (2,3) y la extensión que tenga la corrosión depende directamente del tiempo que permanezca sobre la superficie metálica una película mínima de humedad, cuyo origen puede estar en la humedad

atmosférica (HR) , la lluvia , la nieve, el rocío, etc. Es por ello que en los estudios de corrosión atmosférica, es de gran importancia conocer e l ti empo de humectación , generalmente medido como el número de horas con humedad relativa mayor o igual al 80% , cuando la temperatura del ambiente es mayor de OOC , valor que se considera suficiente para proveer la película de agua necesaria para que se dé el proceso electroquimico de corrosión.

Una vez iniciado el proceso entran en juego otras variables que hacen que la velocidad de las reacciones electroquímicas aumenten , bien sea popr imcremento de la capacidad conductora del electrolito , por que Jos contaminantes atmosféricos actúan como catalizadores , o por ataque del material metálico .Los iones cloruro, los compuestos de azufre y el polvo atmosférico hacen que la velocidad de corros1ón varíe considerablemente de una zona a otra y sean los factores climáticos y de contaminación los que determinen el comportamiento de una atmósfera, haciéndola más o menos corrosiva para las estructuras metálicas expuestas en ella (1, 3,4).

11. DESARROLLO

2.1.-METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

La metodología de trabajo se dividió en tres partes: a. Caracterización del ambiente de la estación. b. Ensayos de campo y c. Caracterización de los productos de corrosión.

a. Caracterización del ambiente. Los contaminantes atmosféricos evaluados fueron el poder sulfatante de la atmósfara, la salinidad y la cantidad de polvo atmosférico sedimentable(5). Para determinar los compuestos de azufre, se utilizó el método del dióxido de Plomo ( mg S02 1 r5 día ) y la salinidad de la atmósfera ( mg Cl- 1 m día ) se determinó por el método de la vela húmeda, ambos según norma ISO/DP 9225 y fueron evaluados mensualmente por un período de un año.

Las variables climatológicas se procesaron de la información correspondiente a los informes mensuales suministrados por la estación de la Fuerza Aérea de Tumeremo, Estado Bolívar(ver Tabla l). Se realizó la clasificación cl imatológica de la estación de acuerdo al índice de Brooks o índice de deterioro, Id (1 ), que es calculado (3)a partir de la presión de saturación de vapor de agua, (Vx) y de la temperatura y humedad promedio anual (H).

TABLA l. Datos Meteorológicos y Contaminantes Atmosféricos.

Elblci6n rc·c> Tmu. Tmi\. HR TOH c·c > <·e> (%} Muel del VIento

(mis}

Tumeremo 25,4 34,2 19,8 87,7 5662 2,55

ca.ileci6n ld4 t5 seglln Brooks >5500hr Normas flvwNo lsocofrak

Id = H- 65V JO (1)

Con este criterio, cuanto mayor sea el índice Id, mayor será la agresividad atmosférica. Es importante destacar que este índice no considera parámetros de contaminación atmosférica. ( contenido de S02. H2S. cloruros, polvo, etc.). se realizaron por un período de 5 años, retirándonse anualmente tres muestras para evaluar gravimétricamente la corrosión del acero de acuerdo a las normas ISO/DIS 8407.La composición química de los aceros evaluados se indica en la Tabla 11. b. Ensayos de Campo Se colocart..n muestras con dimensiones de 1 O x 15 cm del acero SIDOR-ARCO y de un acero al carbono ( A-36 ), en una mesa diseñada para tal fin, con 45° de inclinación y a 0,75 m del suelo. Las evaluaciones

Evep. Prec. S02 Cl-1 Velocided Wid {mm/ello) <mwm2d) <mwm2dl de Corroeión (mmlal\o) ( j.llallo)

Arco A-36 926 1263 0,443 3 ,4 9.21 11 .56

Rural C2 PO S1 medianamente

(3<5<60) corrosiva

estudio. A partir de los datos meteorológiCOS se calculó el índice de Brooks, cuyo valor Id = 4 ,2 corresponde a un Id 4 , es decir, un clima agresivo.

El análisis de los contaminantes atmosféricos, de acuerdo a la norma ISO 9223 (6), indica que la atmósfera de la estación puede clasificarse de acu,do a los compuestos de azufre ( 0,44~ mgso2 1m d ) como tipo rural Po ( p< 12mgso2/ m ), insignificante desde el punto de vista de ataque corrosivo ; en cuanto a la velocida~ de deposición de iones cloruros (3,4mgcl- 1 m .d ) ,como una rural tipo S1 de baja contaminación.

Uno de los factores de mayor efecto en el proceso de corrosión atmosférica es el tiempo de humectación ( T ). En la estación utilizada el tiempo de humectación ( 5600 hr ) está en la categoría T5 ( > 5500 hr ).

La Figura N° 1 presenta la velocidad de corrosión

TABLA 11. Composición Química de los Aceros Evaluados.

Acero e Cu Cr Ni

ARCO 0,17 0,61 0,60 0,17

A-36 0,16 0,066 0,015 -

c. Caracterización de los Productos de Corrosión La identificación de los productos de corrosión se efectuó por difracción de rayos X, por Espectroscopia Mossbauer y microanálisis por energía dispersiva (EDAX). La morfología se estudió por microscopía electrónica de barrido en muestras transversales y planares.

2.2.-RESULTAOOS Y DISCUSIÓN

-. Contaminantes atmosféricos y ensayos de campo. La Tabla 1, presenta los contaminantes

atmosféricos y los datos meteorológicos del sitio en

Mn Al Si S V p

0,43 0,58 0,16 0,013 0,040 0.011

0,41 0,065 0,17 0,015 - 0.01

expresada como pérdida de espesor (¡.tm/año) para el Acero SIDOR-ARCO y el Acero al Carbono (A-36).

En ella se observa que el acero SIDOR-ARCO presenta una mayor resistencia a la corrosión, lo cual concuerda con lo esperado ( 4 ). Este comportamiento se debe a la presencia en su composición química ( Tabla 11) de los elementos aleantes Cr, Cu, y Ni que promueven la formación de una capa o pátina protectora y adherente sobre la superficie (1 ,5 ). Ahora bien, de acuerdo a los valores de velocidad de corrosión, contaminantes atmosféricos y tiempo de humectación, la estación se clasifica, segun norma ISO 9223 (6,7), como categoría C2. es decir medianamente corrosiva. De los resultados obtenidos

w•PI!HI.ü, CII!.CIA 7 II!C.ele&Ú. Al1o 1. Número 2. Jumo 1997. - ---------

Gil, L., et. al., Resistencia a la con-osión atmosf érica

se puede concluir que a pesar de que la estación posee un clima agresivo {ts), la velocidad de corrosión es relativamente baja, ya que la atmósfera presenta un bajo nivel de contaminantes.

VELOCIDAD DE CORROSION Eatac16n de Tum ere m o

14

1 12

,...., 10 o

u:: al ....... 8 • ], "' "' e •

"' ~ 4

~ 2

o 1 2 1/2 3 1/2

Tle m p o (a ño s)

Fig. 1. Ensayos de Campo de los aceros SIDOR ARCO y A-36. Estación Tumeremo

-. Caracterización de las Productos de Corrosión por Microscopía Electrónicca de Barrido Los estudios por microscopía electrónica de la capa de productos, reveló que en el acero SIDOR-ARCO o acero patinable, la capa es bastante compacta y adherente con poco agrietamiento ( Fig. 2a y 2b), mientras que en el A-36 es bastante porosa, sin cohesión y con abundante presencia de grietas, que exponen el material base (Fig. 3a y 3b). El micronanálisis por energía dipersiva (EDAX) indica la presencia ,en la capa de los productos de corrosión del acero SIDOR-ARCO, de compuestos ricos en Cr,S,Fe,Cu (Tabla 111), probablemente formando sulfatos. El acero SIDOR- ARCO debe su resistencia a la corrosión atmosférica a la formación de una densa capa protectora de óxidos , cuya característica es afectada por los elementos aleantes presentes (Cu,Ni,Cr,V) .Dependiendo del ambiente, estos elementos forman sulfatos y fosfatos estables que mejoran su adhesión y reducen considerablemente el números de poros, disminuyendo de esta fonna el paso de humedad de los agentes corrosivos del ambiente. (1 ,4).

• A-38

1!11 ARCO

4 1 /2

a)

b)

Fig. 2 Fotomicrograflas por MEB de la capa de los productos de corrosión. a) Sección planar b) Sección transversal.

Nótese que la capa.

a)

b) Figura 3 Fotomicrograffa por MEB de fa capa de los productos de

corrosión del acero A-36. a) Sección planar b) Sección transversal. Nótese la porosidad de la capa.

Tabla 111 Microanállsis por energía dispersiva(EDAX) de la

capa de los productos de corrosión

ELEMENTO PORCENTAJE PORCENTAJE Y LINEA EN PESO ATÓMICO

Si, Ka 10,64 14,32 S, Ka 47,26 55,20 Cal Ka - ___1.&8 --- 1.._58 Ti, Ka 4,07 3,21 Cr, Ka 14,47 10,52 Mn, K~ 0,04 0,03 -Fe,Ka 20,21 13,68

--1 Cu,Ka 1,62 0,56 TOTAL 100,00

-. Identificación de los productos de corrosión por Difracción de rayos X y Espectroscopia Mossbauer.

En la Tabla IV , se reportan los resultados del análisis de fases, realizado por difr~cción de rayos X por el método de los polvos. Se determinó que en ambos aceros están presentes las fases, Goetita ( a -FeOOH) y Lepidocrocita (y-FeOOH ), lo cual concuerda con lo encontrado por otros autores (1 ,8).

Además, en el acero patinable SIDOR-ARCO se detectó la presencia de un sulfato de hierro del tipo Fe2(S04)3.

Tabla IV Identificación de los Productos de Corrosión

Estación Tumeremo.

Acero Fases - _' __

Arco(A-588) Lepidocrocita(y-FeOOH) Gopetita( a-F eOOH) Fe (SO)

2 4 J

Acero al carbono(A-36) Lepidocrocita(y-FeOOH) Goetica1a-Fe00H)

Respecto a los ensayos por espectroscopia Mossbauer, los espectros (ver Fig. 4) fueron obtemdos en un espectrómetro en modo simétnco triangular. La fuente utilizada fué co57 dilu1do en Pd ( s1n embargo, los desplazamientos isométncos se dan con respecto al hierro metálico ). Los espectros fueron ajustados en computadora mediante líneas lorenzianas, tomando en cuenta como parámetros libres, el desplazamiento isomérico (IS), el ancho de linea a media altura GA, la intensidad de cada subespectro Hl, el acoplamiento cuadrupolar eléctrico (QS) y el campo magnético hiperfino (CH). Los porcentajes de las muestras se determinan a partir de las áreas de cada subespectro, suponiendo factores f iguales para todos los constituyentes. Se caracterizaron muestras de acero SIDOR-ARCO y acero A-36 a temperatura ambiente y a 77K. Para el acero Sidor ARCO a temperatura amb1ente (Fig. 4a) ,se tiene un doblete central que no perm1te la identificación de las fases presentes , siendo ésto problamente debido a que cuando se t1ene un tamaño de partícula muy pequeño y del orden menor o igual a 1 OOA0 , el espectro de seis líneas colapsa en un doblete central , debido al fenomeno de supermagnetismo de las partículas (9).

8 Et.< -;·~,: •• -.·;;,~:...: •• • ••• • ·--;:· ~'<'7"-·';A' ,., -..··~·· . . ............ ,~ r~~· .. --... •

A b e s 1 o

r , l

• 1

\ ; . f 1 . i 1

·. ~IL. _ __l __ ~~~ ~ L+ --· _1 -8 6 8 ~ 8 .8 -'•

11'}-84-96, AJICOJZb(L .Gil), f=::JC, 11=8, PCA. "•ti, IIZ, PZ

a)

• 1 • o .

· ·1~~~ -a e 11.e e e •'•

29-84 &lo, IIIN'a ru , T•77, u:e, " ·"· ft•t4 , ,.1, Pl

b) Figura 4 Espectros Mossbauer Acero ARCO a)Temperatura

ambiente. b) T=77K

Para el acero A-36 a temperatura ambiente (espectro Fig.5a) , los parámetros obtenidos al colocar una superposición de campos magnéticos corresponden a la Goetita . La presencia del espectro de se1s líneas de la Goetita a temperatura ambiente, es indicador de que el acero A-36 posee un mayor ordenamiento magnetico y un tamaño de partículas mayor que el acero Sidor ARCO Lo antenor es un resultado muy significativo ya que indica que la capa de productos de corrosión del acero ARCO, al tener un tamaño de partícula menor que la del acero A-36, será más densa , compacta y por ende más protectora

Esto concuerda con los resultados del estudiO morfológico realizado por Microscopía Electrónica de Barrido.

Con la finalidad de dilucidar las fases presentes en el acero ARCO así como identificar otras posibles fases presentes en el acero A 36 ,se realizaron los espectros a la temperatura de 77K. El espectro del ARCO indica que se pudieron resolver las seis líneas correspondientes a la Goetita(CH = 495KG y QS =-0,233 mms, ver Tabla V), siendo el porcentaJe de fase de 40% Por otra parte los valores obtenidos para el espectro de A-36 corresponden a la Goet1ta, confirmando los resultados obtenidos a temperatura ambiente (ver Tabla VI). El porcentaje de esta fase fue de 75,5 %, es decir, mayor que en el acero S lOOR ARCO .Esto t1ene una gran relevancia ya que la bibliografía indica (5), que m1entras mayor sea el porcentaje de Goetita presente en los productos de corrosión, es indicador de una mayor conversión de la Lepidocrocita, que es la fase inicial en el proceso corrosivo a Goet1ta, que es la fase final , revelando mayores velocidades de corrosión en el acero A-36

Gil. L., et .. al., Resistencia a la corrosión almosfbica

respecto al acero ARCO En el doblete de los espectros SIDOR-ARCO y A-36 es probable la presencia de Lepidocrocita (y- FeOOH ) Estos resultados obtenidos por espectroscopia Mossbauer confirman los resultados obtenidos por d1fracc1ón de Rayos X, concluyendo que la Goet1ta (a-FeOOH), es la fase mayoritaria final presente en los productos de corrosión.

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Figura 5. Espectros Mossbauer acero A-36 a) Temperatura

ambiente b) T • 77K

Tabla V. Parámetros Hiperfinos de Fases Identificadas por Espectroscopia Mossbauer.

Acaro IS lGA 1

Arco (Temp Amb ) rm/SegL(mm/Seg} l

134_ ' 0.208 0.155 0.203

0.350 -0.223 Arco ( Temp_.=._7_7 _C'--) -+----

0.133 A- 36 (Temp. Amb.) 0.04 0.300 1

0.04 0.300 0.141 0.200

0.129 0.319

A- 36 (Temp.= 77 C) ---"--+-----:::--:-::::-.

Tabla VI Microanálisis por energía dispersiva (EDAX) de la capa de los productos de corrosión Acero A-36.

ELEMENTO PORCENTAJE PORCENTAJE Y LINEA EN PESO ATÓMICO Al, Ka 4,86 9,27 Si, Ka 4,01 1 9,50 1

Fe, Ka 91 ,13 1 83,48 TOTAL 100,00

1

Lo anterior explica los menores valores de velocidad de corrosión obtenidos en los ensayos de campo para el acero S lOOR- ARCO.

111.- CONCLUSIONES

1. La atmósfera de Tumeremo, de acuerdo a las condiciones meteorológicas se clasifica como una atmósfera ld4 correspondiente a un clima agresivo y de acuerdo 'al nivel de contaminantes atmosféricos se considera una atmósfera de baja contaminación, tipo C2.

2. El Acero SIDOR-ARCO ( A-588 ) presenta una mayor resistencia a la corrosión atmosférica que el acaro al carbono A-36.

3. La diferencia de comportamiento de los acaros evaluados, es consecuencia de las características de las capas de los productos de corrosión de ambos aceros.

4. El acaro SIDOR-ARCO presentó una capa de productos de corrosión con un tamaflo de partículas menor que el A-36, más adherente y compacta, mientras en el acero al carbono A-36 la capa es porosa y poco protectora.

5. La Goetita y la Lepidocrocita fueron identificados como los principales productos de corrosión en ambos aceros ,siendo mayor el porcentaje de Goetita en el acero A-36 .

os Ch l Fases {mm/Seg) , (%}

0.539 o ? 0.608 0.604 ~pidocroctta

495 Kgau4s,40% Goetita -0.179 1 0.327Kgauss,20% Goetita

-0.236 268 Kgauss, 19% ~ Goetita 0.589 O Kgauss: 24.5 % Lepidocroctta

-0.227 490 Kgauss, 75.5% Goetita

IV.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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3. Prato ,Maria. 1er Informe Mapa Venezolano de Corrosión Atmosférica. Coro. UNEFM, 1988.

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