¿Alguna vez se ha preguntado por qué algunos metales duran más que otros? En este artículo exploraremos el fascinante mundo de la resistencia a la corrosión de metales y aleaciones. Aprenderá cómo reaccionan los distintos materiales en diferentes entornos y descubrirá las mejores formas de proteger los equipos metálicos de la oxidación y el deterioro. Prepárese para descubrir los secretos de la ingeniería duradera.
La selección de materiales resistentes a la corrosión es la medida más eficaz y proactiva para garantizar el funcionamiento fiable de los equipos metálicos.
Por lo tanto, es necesario conocer la resistencia a la corrosión de los distintos metales y aleaciones, comprender el entorno de trabajo adecuado para cada material, y sólo así se podrán tomar medidas eficaces contra la corrosión de los equipos metálicos.
"Las aleaciones a base de hierro (acero y fundición) son los materiales metálicos más utilizados en ingeniería y presentan una resistencia a la corrosión satisfactoria y buenas propiedades mecánicas globales en determinadas situaciones. Su resistencia a la corrosión está estrechamente relacionada con la resistencia a la corrosión del hierro puro.
El hierro es un metal termodinámicamente inestable y tiene poca resistencia a la corrosión en comparación con metales cercanos a su potencial de equilibrio, como el aluminio, el titanio, el zinc, el cromo y el cadmio.
En otras palabras, en comparación con estos metales, el hierro es el menos resistente a la corrosión en entornos naturales (atmósfera, suelo, agua natural, etc.). Esto se debe a las siguientes razones:
Los sobrepotenciales de hidrógeno y oxígeno del hierro y sus óxidos son relativamente bajos, por lo que es fácil que sufran corrosión por evolución de hidrógeno y corrosión por absorción de oxígeno.
Los iones de hierro trivalente en el óxido de hierro y sus soluciones tienen buenos efectos despolarizantes.
Los productos de corrosión del hierro tienen escasas propiedades protectoras.
El hierro es susceptible a la corrosión debido a la formación de una célula de concentración de oxígeno.
El hierro tiene una débil capacidad de pasivación en condiciones naturales.
El hierro forma productos de corrosión insolubles, conocidos comúnmente como óxido, cuando se corroe en la mayoría de las soluciones débilmente ácidas, neutras y alcalinas. El óxido tiene una estructura porosa y suelta y proporciona poca protección.
En los ácidos no oxidantes, la velocidad de corrosión aumenta exponencialmente con el aumento de la concentración de ácido, pero en los ácidos oxidantes, la velocidad de corrosión aumenta primero con el aumento de la concentración de ácido y luego disminuye rápidamente debido al inicio de la pasivación.
Los ácidos orgánicos son generalmente débiles a la corrosión del hierro, pero ésta puede acelerarse con el aumento de la temperatura y la disolución del oxígeno. El hierro es estable en soluciones alcalinas a temperatura ambiente.
Los factores que afectan a la resistencia a la corrosión del acero al carbono son:
1. Composición química
⑴ El impacto del carbono: El contenido en carbono en el acero al carbono tiene un impacto significativo en la velocidad de corrosión del acero al carbono en soluciones ácidas, pero el impacto no es evidente en soluciones neutras.
En medios no oxidantes y oxidantes débiles, la velocidad de corrosión del material aumenta con el incremento del contenido de carbono, ya que a mayor contenido de carbono en el acero, mayor precipitación de carbono en la estructura, y se forman más microbaterías, acelerando así la velocidad de corrosión.
En los ácidos oxidativos, la velocidad de corrosión aumenta con el aumento del contenido de carbono al principio, y luego disminuye cuando el contenido de carbono alcanza un cierto nivel, lo que se debe al hecho de que el aumento del contenido de carbono es fácil de promover la pasivación del acero al carbono, y la velocidad de corrosión se debilita.
En un entorno natural y en soluciones de agua débilmente ácidas, el impacto del contenido de carbono en la velocidad de corrosión del acero al carbono no es significativo.
Esto se debe a que la corrosión por despolarización del oxígeno es el factor principal en tales entornos, y el rendimiento de la película protectora sobre la superficie del metal y la facilidad con la que el oxígeno alcanza la superficie del cátodo en la solución son los factores principales, y la precipitación de carbono en el acero tiene poca relación.
⑵ En general, el silicio y el manganeso no tienen casi ningún efecto evidente sobre la velocidad de corrosión.
⑶ El impacto del azufre y el fósforo
El azufre es perjudicial para la resistencia a la corrosión del acero, y la velocidad de disolución en soluciones ácidas aumenta con el incremento del contenido de azufre.
El aumento del contenido de azufre en el acero es fácil que provoque corrosión local. Esto se debe a que el azufre suele estar presente en el acero al carbono en forma de FeS y MnS, ambas impurezas anódicas, que provocan picaduras y fractura por corrosión bajo tensión por sulfuros.
El fósforo en el acero también es un cátodo activo, y perjudicial en soluciones ácidas como el azufre. Sin embargo, el fósforo puede mejorar eficazmente la resistencia a la corrosión del acero en ambientes atmosféricos y con agua de mar, sobre todo cuando se utiliza con cobre, con resultados especialmente buenos.
⑷ El impacto de las impurezas
En el caso del acero al carbono, todo tipo de impurezas reducen la resistencia a la corrosión.
2. Impacto de la estructura
La estructura del acero depende de su composición y del estado del tratamiento térmico. En general, cuanto mayor es el contenido de carbono del acero, mayor es el impacto del tratamiento térmico en su resistencia a la corrosión.
Cuando el contenido de carbono es el mismo, la perlita granular tiene mejor resistencia a la corrosión que la perlita laminar, y cuanto mayor es la dispersión, mayor es la velocidad media de corrosión.
La resistencia a la corrosión del acero al carbono no pasivado guarda una estrecha relación con su contenido en carbono y su tratamiento térmico.
En general, cuanto mayor es el contenido de carbono, peor es la resistencia a la corrosión; la resistencia a la corrosión del acero al carbono templado con alto contenido de carbono es peor, mejora ligeramente tras el revenido a baja temperatura, la velocidad de corrosión máxima aparece tras el revenido a temperatura intermedia, y tras el revenido a alta temperatura, la velocidad de corrosión disminuye significativamente debido a la reducción de la superficie activa del cátodo.
El acero de baja aleación se refiere al acero aleado con una cantidad total de elementos de aleación inferior a unos 5% en el acero al carbono. De acuerdo con los diferentes propósitos, hay muchos tipos de elementos de aleación añadidos al acero, y la cantidad de estos elementos también varía en gran medida, por lo que hay muchos grados de acero bajo en carbono. acero aleado.
1. Acero de baja aleación resistente a la corrosión atmosférica
El acero de baja aleación resistente a la corrosión atmosférica también se conoce como acero para intemperie, y se denomina simplemente acero para intemperie.
Sus elementos de aleación eficaces son el cobre, el fósforo y el cromo, que enriquecen la superficie del acero y favorecen la formación de estados amorfos, mejorando así la resistencia del acero a la corrosión en ambientes atmosféricos.
Los aceros de baja aleación representativos resistentes a la corrosión atmosférica incluyen 16MnCu, 10MnSiCu, 09MnCuPTi, 15MnVCu, 10AuRe, 08MnPRe, etc.
2. Acero de baja aleación resistente a la corrosión del agua de mar
En los entornos marinos, las condiciones de corrosión más duras se dan en la zona de rociado, que está alternativamente seca y húmeda, es difícil de proteger y está sometida al impacto del agua de mar.
La siguiente es la zona de inmersión en aguas poco profundas.
El efecto de los elementos de aleación en la resistencia a la corrosión del acero en diferentes secciones es diferente: el cobre es el más destacado en la mejora de la resistencia a la corrosión del acero en la zona de pulverización, y el fósforo también tiene un efecto significativo.
La combinación de ambos tiene un mejor efecto. Silicio, molibdeno puede reducir la tendencia a la corrosión por picaduras de acero en la zona de pulverización, cromo y aluminio también tienen algún efecto.
Para la resistencia a la corrosión del acero en condiciones de inmersión total, el cromo tiene el efecto más evidente, seguido del fósforo, el cobre, el silicio y el níquel.
Los aceros de baja aleación resistentes a la corrosión del agua de mar desarrollados en China incluyen principalmente 10MnPNbRe, 09MnCuPTi, 10CrMoAl, 10NiCuAs, 10CrMoCuSi, etc.
3. Acero de baja aleación resistente a la corrosión por hidrógeno y nitrógeno a alta temperatura y alta presión
En la industria del hidrotratamiento del petróleo y del amoníaco sintético, el acero trabaja en entornos de hidrógeno a alta temperatura y alta presión, y la matriz de carbono se corroe fácilmente al interactuar con átomos de hidrógeno activo que penetran en el acero.
Por lo tanto, se pueden añadir al acero elementos de aleación de carbono, que forman carburos estables con el carbono, mejorando así la resistencia a la corrosión por hidrógeno del acero. Los estudios han demostrado que la adición de Cr, Mo y pequeñas cantidades de V, Nb y Ti al acero puede mejorar su resistencia a la corrosión por hidrógeno.
Los aceros de baja aleación resistentes a la corrosión por hidrógeno y nitrógeno a alta temperatura y alta presión en China incluyen principalmente 10MoWVNb, 10MoVNbTi, 12SiMoVNb y 0,8SiWMoTiNb; el típico acero antihidrógeno extranjero 2,25Cr1Mo está reconocido actualmente como uno de los mejores aceros antihidrógeno.
Casi todos los reactores de hidrotratamiento de la industria petroquímica se fabrican con este acero.
4. Acero de baja aleación resistente a la corrosión por azufre
En las industrias de refino de petróleo, gas natural y gas ciudad, se necesita un gran número de aceros de baja aleación para fabricar tuberías, tanques de almacenamiento y otros equipos, que a menudo trabajan en entornos que contienen azufre y son propensos a sufrir una grave corrosión por azufre.
La investigación actual considera que la microestructura del acero es el factor clave que afecta a la fractura por corrosión sulfurosa de los aceros de baja aleación. La formación de martensita microestructura del acero debe ser estrictamente
El acero resistente a la corrosión en condiciones atmosféricas y electrolitos neutros se conoce como "acero inoxidable", mientras que el acero resistente a la corrosión en reactivos químicos y medios altamente corrosivos se conoce como "acero inoxidable resistente a los ácidos".
Por lo general, tanto el acero inoxidable como el acero inoxidable resistente a los ácidos se denominan simplemente acero inoxidable. El acero inoxidable suele referirse a aceros con un contenido de cromo superior a 12%, y el término "inoxidable" es un concepto relativo. Un mismo acero puede ser inoxidable en algunos entornos pero no en otros.
Clasificación del acero inoxidable:
Según su composición química, puede dividirse en acero al cromo, acero al cromo-níquel, acero al cromo-manganeso, etc.
Según su microestructura, puede dividirse en acero martensítico, acero ferrítico, acero austenítico y acero austenítico-ferrítico de doble fase.
Según su uso, puede dividirse en acero inoxidable resistente al agua de mar, acero inoxidable resistente a la corrosión bajo tensión, acero inoxidable resistente al ácido sulfúrico, etc.
Acero inoxidable al cromo se refiere al acero inoxidable que sólo contiene cromo o que se complementa con una pequeña cantidad de otros elementos de aleación, excluidos el Fe y el C.
El cromo es el elemento de aleación más importante del acero inoxidable y desempeña tres funciones destacadas en la mejora de la resistencia a la corrosión de los materiales de hierro y acero:
En primer lugar, favorece la pasivación de las aleaciones con base de hierro, mejorando la capacidad de pasivación del material;
En segundo lugar, eleva el potencial de electrodo de la solución sólida (normalmente el ánodo de la célula de corrosión), es decir, la estabilidad termodinámica de la estructura de la matriz;
En tercer lugar, hace que la superficie del acero genere una película protectora superficial densa y estable, mejorando así la resistencia a la corrosión del acero.
Acero inoxidable martensítico
Acero inoxidable martensítico incluye principalmente el acero inoxidable de tipo Cr13 (excluido el 0Cr13). Este tipo de acero tiene un alto contenido de carbono y puede obtener mayor... resistencia y dureza mediante tratamiento térmico, pero su resistencia a la corrosión no es tan buena como la del acero inoxidable ferrítico y el acero inoxidable austenítico, y cuanto mayor es el contenido de carbono, peor es la resistencia a la corrosión.
Este tipo de acero es adecuado para situaciones en las que se requieren propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión no es demasiado elevada.
Aumentar el contenido de cromo del acero y añadir una pequeña cantidad de níquel puede mejorar la resistencia a la corrosión de acero inoxidable martensíticoPor ejemplo, el 1Cr17Ni2 es el martensítico más resistente a la corrosión, con buena resistencia a los ácidos oxidantes y a la mayoría de los ácidos orgánicos.
Acero inoxidable ferrítico
Acero inoxidable ferrítico incluye los tipos Cr13, Cr17, Cr25-28, etc. Debido a su alto contenido de cromo y bajo contenido de carbono, su resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación a alta temperatura son mejores que el acero inoxidable martensítico, especialmente su resistencia a la corrosión bajo tensión.
Sin embargo, el acero inoxidable ferrítico tiene poca resistencia a las picaduras y corrosión intergranular resistencia.
El acero inoxidable ferrítico se utiliza principalmente para fabricar equipos y piezas resistentes a la oxidación a alta temperatura, a la corrosión por ácido sulfúrico concentrado y a la corrosión por azufre gaseoso.
El níquel tiene mayor capacidad pasiva que el hierro, y también es más estable termodinámicamente, lo que resulta favorable para mejorar la resistencia a la corrosión del acero.
Especialmente añadiendo una cierta cantidad de níquel al acero inoxidable, se puede obtener una estructura de acero inoxidable austenítico monofásico, lo que mejora enormemente la tenacidad, plasticidad y rendimiento de procesamiento del material.
El acero inoxidable al cromo-níquel es el acero inoxidable austenítico más típico, contiene más de 18% de cromo y más de 8% de níquel, formando tipos de acero inoxidable al cromo-níquel como 18-8 (o 18-9), 18-12, 25-20 (HK40), etc.
El acero inoxidable al cromo-níquel tiene una excelente resistencia a la corrosión tanto en medios oxidativos como no oxidativos, pero su resistencia a la corrosión local, como la corrosión bajo tensión, la corrosión intergranular y las picaduras, es deficiente.
La corrosión local puede inhibirse mediante la aleación, como el control del contenido de carbono, la reducción del contenido de P y N y el aumento de Ni, y la adición de Si, Mo, Cu, etc. puede mejorar su resistencia a la corrosión bajo tensión.
Austenita-El acero de doble fase ferrítico es otro tipo de acero inoxidable al cromo-níquel, que combina las características del acero ferrítico y austenítico y tiene prestaciones complementarias.
Además, el acero inoxidable endurecido por precipitación (PH) también pertenece al acero inoxidable al cromo-níquel.
El acero resistente a los ácidos se refiere al acero inoxidable con una resistencia especial a la corrosión en algunos medios corrosivos fuertes.
En el caso de determinados aceros resistentes a los ácidos, sólo presentan una resistencia excepcional a la corrosión en determinados medios específicos.
Por lo tanto, al seleccionar acero resistente a los ácidos, es necesario considerar exhaustivamente las propiedades y el estado del medio corrosivo, y realizar las pruebas de viabilidad adecuadas para garantizar que el material pueda trabajar de forma fiable en medios corrosivos fuertes.
Entre los metales coloreados más utilizados en la producción se encuentran el aluminio, el cobre, el magnesio y el titanio, entre otros. Además, los metales coloreados como el zinc, el estaño, el cadmio, el oro, la plata y el plomo se utilizan a menudo como materiales de revestimiento y recubrimientos.
1. Resistencia a la corrosión del aluminio puro
El aluminio puro tiene poca estabilidad química, pero tiene un buen rendimiento de pasivación, que puede generar rápidamente una película de óxido densa y bien protegida en el aire, y por lo tanto tiene una buena resistencia a la corrosión.
El Al2O3 es anfótero, por lo que cuando el pH del medio es inferior a 4 o superior a 10, la película de óxido se vuelve inestable y se daña, y se pierde la protección, lo que provoca la corrosión del aluminio intensificarse. El aluminio tiene buena resistencia a la corrosión en el aire y el agua.
2. Resistencia a la corrosión de aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio suelen ser más fuertes que el aluminio puro, pero menos resistentes a la corrosión. Las aleaciones de aluminio tienen una alta resistencia a la corrosión en atmósfera industrial, atmósfera marina, agua dulce y agua de mar, pero pueden sufrir picaduras.
Las aleaciones de aluminio tienen una alta resistencia a la corrosión en medios oxidativos debido a su facilidad de pasivación, pero están fácilmente sujetas a corrosión local como picaduras, corrosión en grietas, corrosión bajo tensión en medios no oxidativos.
1. Resistencia a la corrosión del magnesio
El magnesio es inestable en la mayoría de ácidos inorgánicos y ácidos orgánicos, pero es bastante estable en ácido crómico y ácido fluorhídrico, lo que se debe a que la película protectora de la superficie entra en estado pasivo. El magnesio no es resistente a la corrosión en atmósfera marina ni en atmósfera industrial.
2. Resistencia a la corrosión de aleaciones de magnesio
En cuanto a la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio, las aleaciones de magnesio deformables son menos resistentes a la corrosión que las aleaciones de magnesio moldeadas, ya que son más sensibles a la SCC.
Sin embargo, en general, la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio es escasa, por lo que es necesario adoptar medidas de protección eficaces durante su uso.
1. Resistencia del cobre a la corrosión
El cobre tiene una estabilidad química relativamente alta y un potencial de electrodo positivo, por lo que generalmente no se corroe en soluciones ácidas.
En ácidos no oxidantes, el cobre tiene un alto grado de estabilidad química, pero su resistencia a la corrosión es escasa en ácidos oxidantes.
El cobre también sufre una fuerte corrosión en otros medios oxidantes.
El cobre presenta una buena resistencia a la corrosión en diversas condiciones atmosféricas, pero está sujeto a una fuerte corrosión en aire húmedo que contenga gases SO2, H2S y Cl2.
Además, también se corroe en soluciones de hidróxido de amonio y cianuro debido a la formación de iones complejos.
2. Resistencia a la corrosión de las aleaciones de cobre
Las aleaciones de cobre suelen tener mejor resistencia a la corrosión que el cobre puro debido al efecto combinado de la gran estabilidad termodinámica del cobre base y la película protectora superficial formada por los elementos de la aleación.
Por lo tanto, el patrón de corrosión de las aleaciones de cobre a veces también presenta algunas características de los metales pasivos.
En ácidos no oxidantes, las aleaciones de cobre tienen un alto grado de estabilidad química.
Las aleaciones de cobre presentan una buena resistencia a la corrosión en diversas condiciones atmosféricas. Otras resistencias a la corrosión son iguales a las del cobre.
Existen muchos tipos de aleaciones de cobre, que pueden dividirse en dos categorías: latón y bronce. En términos relativos, la resistencia a la corrosión del latón es mala, sobre todo en lo que se refiere a la tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (agrietamiento estacional del latón) y a la corrosión selectiva (desgalvanización del latón).
1.Resistencia a la corrosión del titanio
El titanio tiene poca estabilidad termodinámica y propiedades químicas activas, pero en medios oxidantes se forma en su superficie una densa película protectora de óxido, que se encuentra en un estado pasivo estable.
Por un lado, la película protectora tiene buenas propiedades de autocuración y, por otro, también es muy estable en diversas soluciones (incluidas las de cloruro). Como resultado, el titanio tiene una excelente resistencia a la corrosión en muchos medios corrosivos y se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de ingeniería.
2. Resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio
Resistente a la corrosión aleación de titanio Los elementos pueden dividirse en dos grupos: un grupo son los metales preciosos como Pd, Ru, Pt, y la adición de cantidades traza puede mejorar significativamente la resistencia a la corrosión de la aleación.
El otro grupo es el de Ta, Nb y Mo, que son más baratos pero sólo tienen un efecto anticorrosivo notable cuando su contenido es elevado.
No hay muchas aleaciones de titanio disponibles comercialmente con buena resistencia a la corrosión. Las aleaciones de titanio pueden experimentar formas de corrosión como la corrosión por intersticios, la fragilidad por hidrógeno, la corrosión bajo tensión, la corrosión en la zona de soldadura y la corrosión explosiva natural durante su uso.
En conclusión, el titanio y las aleaciones de titanio no sólo presentan una buena resistencia a la corrosión, sino que también tienen mayor resistencia y resistencia térmica que otros materiales, lo que los convierte en un material estructural indispensable para muchos campos, con unas perspectivas de aplicación muy prometedoras.
Este post presenta principalmente la resistencia a la corrosión de algunos metales y aleaciones de uso común.
Mediante el estudio de este capítulo, el interés debe centrarse en dominar la resistencia a la corrosión y los factores que influyen en ella de las aleaciones de hierro-carbono, el acero inoxidable y algunos metales coloreados, así como en comprender las principales funciones de los elementos de aleación resistentes a la corrosión y el ámbito de aplicación de las aleaciones resistentes a la corrosión.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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