Influencia de los distintos elementos de aleación en los aceros inoxidables.Los elementos de aleación modifican la posición de los puntos críticos (A1 y A3) del diagrama Hierro-Carbono.El Níquel, Manganeso, Carbono, que son más solubles en Hierro gamma (austenita), que en el alfa (ferrita), favorecen la estabilización de la fase gamma y tienden a bajar los puntos críticos de transformación, es decir la temperatura de cambio de una fase a otra; estos elementos se denominan gammágenos.Por el contrario el Cromo, Molibdeno, Aluminio, Vanadio, Silicio que son más solubles en el Hierro alfa, tienden a estabilizar la fase alfa y elevar la temperatura de los puntos críticos; estos elementos se denominan alfágenos.Como ya hemos dicho, el Cromo es el elemento más importante de los Aceros Inoxidables, por lo tanto debemos estudiar su influencia antes que la de cualquier otro elemento.Viendo el diagrama de equilibrio Hierro - Cromo (Fig. 1) podemos sacar dos conclusiones:

 1. El cromo forma parte del grupo de elementos llamados alfágenos. El bucle que aparece, llamado bucle gamma, en la zona de bajo contenido de Cromo se debe a esta propiedad.Vemos que hasta 12-13% de Cromo el acero tiene un punto de transformación alfa-gamma en el calentamiento, y a partir de este valor no hay otro punto de transformación.Esto es rigurosamente válido para aleaciones teóricas (sin Carbono) solamente.El agregado de Carbono desplaza el bucle gamma hacia con tenidos mayores de Cromo, ensanchando al mismo tiempo la zona de estructura mixta alfa-gamma. El desplazamiento máximo de la curva que limita las aleaciones que se vuelven completamente austeníticas, se obtiene con un contenido de Carbono del 0,6%. Cantidades mayores de este elemento ocasionan un aumento de la cantidad de carburos libres. El contenido de Cromo que corresponde a este máximo es de 18%. A partir de este punto, y hasta 26-27% de Cromo, las aleaciones presentan estructuras mixtas alfa-gamma y por encima de 27% la aleación es definitivamente ferrítica.Esto se debe a la influencia gammágena del Carbono, ampliando el campo de estabilidad de la austenita.2. Existe a temperaturas inferiores, y para contenidos de Cromo del 45%, una zona de estabilidad de una fase muy importante por su desfavorable influencia, llamada fase sigma, que es un compuesto intermetálico Hierro-Cromo soluble por encima de 850°. Es una fase paramagnética, y su aparición se manifiesta bajo la forma de un notable endurecimiento y extrema fragilidad.

 ACCIÓN DEL NÍQUELEl Níquel pertenece al grupo de elementos llamados Gammágenos.Cuando los aceros también contienen Cromo, la acción opuesta de éste se combina produciendo aleaciones cuyas estructuras son variadísimas, siendo el más representativo el tipo 18-8, clásico acero austeníticoEl diagrama de la Fig. 2, es el diagrama de equilibrio de un acero 18-8 para distintos contenidos de Carbono. La curva nos indica la solubilidad de Carbono en la fase gamma, en función de la temperatura.

1. Austenita-buclegamma aleaciones Fe-Cr sin carbono.2. Austenita-buclegamma aleaciones Fe-Cr-C C- 0,60%3. Austenita + Ferrita – Zona bifásica – aleaciones Fe-Cr-C C = 0,60%El diagrama explica porque el tratamiento térmico de recocido de los Aceros Inoxidables Austeníticos, se realiza por enfriamiento brusco.Si enfriamos bruscamente un acero de este tipo, previamente calentado a 1.100°C, lograremos mantener esta solución en un estado de equilibrio inestable y obtendremos una austenita homogénea, que contendrá el Carbono en solución; caso contrario el Carbono precipitará en forma de carburo de Cromo, preferentemente en el contorno del grano, y de esta forma el contenido de Cromo puede descender por debajo del límite de inoxidabilidad y la aleación deja de ser inatacable. Así se explica la corrosión intergranular.Por lo tanto el Níquel:1°- Ensancha el campo de formación de la austenita y aumenta su estabilidad. Con un contenido de 18% de Cromo y 8% de Níquel, se obtienen aleaciones que son austeníticas a temperatura ambiente.2°- El Níquel desplaza la estabilidad de la fase sigma, hacia contenidos inferiores de Cromo y temperaturas más elevados. Otros elementos de aleaciónSilicio: Aumenta la resistencia de los Aceros Inoxidables frente al Oxígeno, al aire, y gases oxidantes calientes. Se emplea en aleaciones resistentes al calor. Es un elemento alfágeno.Aluminio: Empleado en los aceros resistentes al calor, se comporta como el Silicio.Molibdeno: Influye sobre la pasividad y resistencia de los Aceros Inoxidables a los ácidos reductores, y en presencia de iones cloro. Es un elemento alfágeno, por lo tanto se deberá

tener en cuenta esta acción si se quiere tener un acero totalmente austenítico tipo 316. Además favorece la resistencia en caliente de los aceros austeníticos.Manganeso: Es un elemento gammágeno, pero no tiene una influencia apreciable en cuanto a la inoxidabilidad.Nitrógeno: Actúa en forma análoga al Carbono, es decir es un elemento gammágeno. Se lo emplea para convertir en austeníticos aceros con bajo tenor de Níquel o para elevar la resistencia mecánica en los aceros del tipo ELC. Su porcentaje debe ser rigurosamente controlado pues si bien es un gran austenitizante y eleva notablemente la resistencia mecánica, tiene efectos indeseables como provocar una disminución en la tenacidad, entre otros.Cobre: Se añade en ciertos tipos de aceros, pues mejora la resistencia a la corrosión en medios no oxidantes. No tiene influencia sobre la estructura.Titanio-Niobio: Utilizados por su mayor afinidad química por el Carbono, para evitar la precipitación de Carburos durante enfriamientos lentos de Aceros Inoxidables Austeníticos. Son elementos alfágenos.Azufre, Selenio, Fósforo: Se añaden para facilitar el mecanizado. Cuando el acero tiene simultáneamente varios elementos, su estructura depende de la suma de las acciones de cada uno de ellos. Esto se puede apreciar en el diagrama de SCHAEFFER mostrado en la Fig. 3.

De acuerdo a lo visto en los diagramas de equilibrio, y a las propiedades de los diferentes elementos relacionados con la resistencia a la corrosión y con la estructura, es posible la realización de un número infinito de composiciones que convienen para los distintos usos.La práctica los resume en:1) Aceros Inoxidables Martensíticos:Son aceros que contienen 12 a 17% de Cromo y 0,1 a 0,5% de Carbono. Son capaces de transformarse completamente en austeníticos durante el calentamiento y de templarse en el enfriamiento (algunas de las aleaciones comerciales) Raramente contienen otros elementos de aleación, salvo el Silicio para resistir la oxidación en caliente. Alcanzan una resistencia mecánica de 145 a 200 kg/mm2 luego del temple y de 80 a 130 kg/mm2 luego de revenidos, dependiendo del contenido de Carbono el valor final.Poseen buena resistencia a la corrosión frente a ciertos ácidos débiles orgánicos e inorgánicos, y algunos productos alimenticios, donde no haya por ejemplo procesos enzimáticos de fermentación. En la práctica se los conoce como "inoxidables al agua".2) Aceros Inoxidables Ferríticos:

Son aquellos que contienen 16 a 30% de Cromo.El contenido de Carbono debe ser bajo pero puede llegar a 0,35% para contenidos de Cromo del 30%. Normalmente el contenido de C es menor de 0,1%.Estos aceros no tienen punto de transformación, por lo tanto no se pueden endurecer por temple. Son sensibles al crecimiento de grano por calentamiento a alta temperatura y experimentan gran fragilidad. Su resistencia mecánica es de alrededor de 50 Kg/mm2, y su alargamiento del 22%.En general se pueden considerar con mejor resistencia química que los aceros martensíticos pero peor que los austeníticos.3) Aceros Inoxidables Austeníticos:Son aceros que contienen de 18 a 25% de Cromo y 8 a 12%, o hasta 20% de Níquel.Su composición está equilibrada para que conserven estructura austenítica a temperatura ambiente. Como no tienen punto de transformación hace que sean sensibles al crecimiento de grano a alta temperatura, pero sin embargo este crecimiento no engendra fenómenos de fragilidad tan notables como en los ferríticos.Las características mecánicas son muy buenas. Tienen gran ductibilidad, una resistencia mecánica entre 56 a 60 Kg/mm2 y un alargamiento del 60%.Su resistencia mecánica se ve aumentada considerablemente por deformación plástica en frío.Además tienen elevada resiliencia con una temperatura de transición de fractura muy baja (hasta alrededor de -200°C), lo cual los hace ideales para procesos criogénicos4) Aceros Inoxidables Austeníticos-Ferríticos:Son análogos a los anteriores, cuya composición se ha equilibrado de forma que contengan cierta cantidad de ferrita.El contenido de Cromo es de 20 a 25% y el Níquel 8%. Poseen una resistencia mecánica de aproximadamente 70 Kg/mm2. Presenta la ventaja de ser insensibles a la corrosión intercristalina y a la corrosión bajo tensiones

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Ferrocromo. Características

El ferrocromo es una aleación de cromo y hierro con adiciones de carbono, silicio y otros elementos [3].

Los ferrocromos se clasifican fundamentalmente por su contenido de carbono, cuanto menor es éste tanto mayor será el costo de la aleación y más complicado el procedimiento de elaboración [11]. Las clasificaciones más empleadas en la literatura son las siguientes: alto, medio, bajo y extrabajo en carbono, nitrogenados, etc. [1,3].

Por lo general la producción mundial de ferrocromo se destina en su amplia mayoría a cubrir los requisitos y características de la industria metalúrgica, por la gran importancia que tiene el cromo en este sector debido a las propiedades que él ofrece a los aceros ampliando grandemente su campo de aplicación [11].

El ferrocromo empleado en la elaboración de la carga aleante de los materiales de soldar para el recargue requieren determinadas características particulares (contenidos relativamente altos de carbono) a diferencia de los ferrocromos más utilizados en las fundiciones de aceros especiales, esto hace que para la fabricación de estos materiales sea necesaria la adición complementaria de determinadas cantidades de carbón para facilitar la formación de los carburos de cromo, los cuales le dan las propiedades mecánicas (dureza, resistencia al desgaste, a la abrasión, etc.) a los depósitos realizados [12,13]. Además, estos materiales son formulados empleando granulometrías pequeñas, menores a 0.25 mm, por lo que contar con ferrocromos frágiles sería una gran ventaja para la preparación mecánica de estos materiales, ya que reduciría considerablemente el consumo energético necesario para su trituración. Los ferrocromos metalúrgicos son relativamente duros y muy plásticos, lo cual los hace muy difíciles de triturar.

Entre los materiales para soldar destinados al recargue que emplean ferrocromo en su carga aleante se destacan los fundentes aglomerados aleados [14,15], los electrodos sintéticos [12,16] y tubulares [17,18].

Durante el proceso de reducción explicado en el epígrafe anterior se forman diferentes carburos de cromo, los cuales son termodinámicamente más factibles de formarse que el cromo metálico debido a sus menores valores de energía libre de Gibbs, además las condiciones creadas facilitan la formación de carburos.

En el diagrama del sistema binario Cr-C existen tres carburos de cromo de porcentaje atómico en carbono 20, 30 y 40%: el Cr4C (o más exactamente el Cr23C6) de cristalización en sistema cúbico, punto de fusión de 1520 0C y 5.46% de C, el Cr7C3 con sistema hexagonal, punto de fusión de 1780 0C y 9.01% de C y el Cr3C2 con sistema rómbico, punto de fusión 1895 0C y 13.34% de C [1,3,19]

De estos tres carburos los dos primeros y particularmente el Cr7C3 aparece frecuentemente en las aleaciones del sistema Fe-C-Cr; este carburo puede solidificar parcialmente a partir de fundidos cuyos contenidos de carbono están comprendidos entre 8.9 y 5.6% a temperaturas entre 1765 y 1510 0C [19], siendo además el más factible de obtenerse en las condiciones de reducción analizadas. En estos sistemas pueden formarse carburos complejos estables de cromo y hierro (CrFe)4C, (CrFe)7C3 y (CrFe)3C.

Los ferrocromos altos en carbono contienen los carburos dobles del tipo (CrFe)7C3 los que pueden tener hasta 55% del cromo sustituido por hierro y el carburo (CrFe)3C sólo puede tener hasta un 15% del cromo sustituido por hierro.

También es importante señalar que los carburos del tipo (CrFe)23C6 son más duros (1500-1800 Hv) que los carburos del tipo (CrFe)3C (1000-1250 Hv) [19]. La factibilidad de formación de estos carburos tiene una gran importancia para este trabajo debido a que en él se pretende emplear estos ferrocromos como elemento aleante en el desarrollo de fundentes destinados al relleno superficial de piezas sometidas al desgaste, por tanto son muy importantes las propiedades físico mecánicas que estos ferrocromos le puedan conferir a los depósitos [20].

Una característica importante a destacar en las aleaciones de hierro – cromo es la influencia que ejerce el cromo sobre el poliforfismo del hierro. El cromo influye sobre los puntos de transformación de hierro delta a hierro gamma y de hierro gamma a hierro alfa. En consecuencia cuando las proporciones de cromo en una aleación son superiores a 13% el carácter alfágeno del cromo llega a suprimir las transformaciones delta - alfa – gamma. Esos ferrocromos mantienen la estructura primaria de solidificación ferrítica cúbica centrada en las caras sin transformación alotrópica alguna hasta la temperatura ambiente [19]. La figura 1, correspondiente al diagrama binario Fe-Cr, muestra que prácticamente todas las posibles aleaciones de cromo y hierro solidifican dando solución sólida alfa [19].

Figura 1: Diagrama de equilibrio Fe-Cr

La presencia de carbono en una aleación hierro cromo trae consigo cambios en las transformaciones alotrópicas del hierro debido a su carácter gammágeno. Para contenidos de cromo superiores al 28% la aleación ternaria es plenamente ferrítica, cualquiera que sea el porcentaje de carbono [19]. Esta propiedad permite emplear técnicas magnéticas para separar los ferrocromos de las escorias.

2.2 Escorias. Características

En todo proceso metalúrgico conjuntamente con el metal se obtiene un producto secundario, la escoria, que contiene los compuestos oxigenados que no se redujeron o que nuevamente se formaron durante el proceso [21]. Las escorias metalúrgicas representan un sistema complejo de componentes múltiples que se procesan en estado líquido o sólido obteniéndose una producción diversificada [22]. La cantidad de escoria producida, su composición y propiedades depende fundamentalmente de la composición química y mineralógica de la ganga del mineral, las cenizas del coque, el contenido de azufre en la carga, el estado térmico del horno, etc.[2].

Estas escorias se producen en volúmenes bastante grandes, por lo que ha sido de gran interés por todos los fundidores darle aplicaciones importantes a estos productos después de haber cumplido sus funciones durante el proceso metalúrgico, observándose una tendencia a disminuir estos volúmenes empleando minerales de mayor ley [21,23], aunque esto se ve afectado por la disminución de las reservas de minerales de alta ley.

A las escorias se le han dado múltiples aplicaciones para lo cual se tiene en cuenta fundamentalmente su composición química debido a que esta influye en la basicidad y actividad química. Entre las aplicaciones más importantes se pueden señalar la producción de cemento, fertilizante, relleno de caminos, etc.[22,23]; las aplicaciones futuras de estas escorias no son tomadas en cuenta a la hora de conformar la carga metalúrgica debido a que el objetivo central de estos procesos es la obtención de la aleación metálica.

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos94/consideraciones-obtencion-fundente-aglomerado-aleado/consideraciones-obtencion-fundente-aglomerado-aleado.shtml#ixzz3asMpn1mk

https://scholar.google.es/scholar?start=10&q=influencia+del+cromo+en+los+aceros&hl=es&as_sdt=0,5 influencia del cro enn los aceros … google académico

SINERGISMO EROSIÓN-CORROSIÓN EN UN ACERO INOXIDABLE MARTENSÍTICO AISI 410

EROSION-CORROSION SYNERGISM OF AN AISI 410 MARTENSITIC STAINLESS STEEL

 

DIANA LÓPEZ Escuela de Ingeniería Mecatrónica, Universidad Nacional de Colombia, Sede

Medellín, dmlopez3@unal.edu.co

ANDRÉ PAULO TSCHIPTSCHIN Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Escola Politécnica da

Universidade de São Paulo, Brasil antschip@usp.br

NEUSA ALONSO FALLEIROS Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Escola Politécnica da

Universidade de São Paulo, Brasil neusa.alonso@poli.usp.br

 

Recibido para revisar mayo 30 de 2008, aceptado diciembre 15 de 2008, versión final enero 21 de 2009

 

RESUMEN: En este trabajo se evalúa el comportamiento de un acero inoxidable martensítico AISI 410 sometido a condiciones de desgaste de erosión-corrosión. Los ensayos de desgaste se realizaron en muestras templadas y revenidas, en un equipo de chorro de baja velocidad, en el que se acopló un potenciostato para obtener curvas de polarización potenciodinámica con el electrolito en reposo, en condiciones de flujo y en erosión-corrosión adicionando partículas de cuarzo al electrolito. Adicionalmente se realizaron mediciones de pérdida de masa en condiciones de erosión y erosión-corrosión. La topografía de las superficies se evaluó usando microscopía óptica y electrónica de barrido. Esta información, conjuntamente con los resultados de pérdida de masa y de los ensayos electroquímicos, se usó para establecer los mecanismos de degradación del material en las diferentes condiciones de ensayo. De los resultados obtenidos en este trabajo se observó que el sinergismo es una parte muy significativa de la degradación de este acero (66.5%) y que el proceso fundamental de remoción de material puede clasificarse como corrosión acelerada por erosión.

PALABRAS CLAVE: Aceros inoxidables, erosión-corrosión, sinergismo.

ABSTRACT: In this work, the behavior of an AISI 410 martensitic stainless steel under corrosion-erosion conditions is evaluated. Quenched and tempered samples were used for the wear test, using a low velocity jet-like device connected to a potentiostat. Potentiodynamic polarization curves were obtained with the

electrolyte in static state, with flow conditions and under corrosion-erosion, adding quartz particles to the electrolyte. In addition, mass loss measurements under erosion and corrosion-erosion conditions were carried out. The topography of the surfaces was examined after the wear tests, using optical and scanning electron microscopy. This information, together with the results of mass losses and the electrochemical tests were used to establish the degradation mechanisms of the stainless steels under different testing conditions. The results showed that synergism is a significant part of the degradation process of this steel (66.5%) and that the mass removal process of steel was controlled by corrosion assisted by erosion.

KEYWORDS: Stainless steels, erosion-corrosion, synergism.

 

1. INTRODUCCIÓN

El fenómeno de erosión-corrosión se encuentra comúnmente en tuberías, válvulas y otros componentes usados en la industria química, petroquímica y de procesamiento de minerales. Cuando la corrosión y la erosión actúan conjuntamente, los mecanismos de daño son complejos y en general las pérdidas de masa asociadas a esta combinación de procesos son mayores que la suma de las pérdidas generadas por la corrosión y la erosión actuando separadamente, este fenómeno se denomina sinergismo erosión-corrosión [1, 2]. Los aceros inoxidables son materiales ampliamente usados en las industrias mencionadas, particularmente la serie martensítica se usa cuando se necesita alta resistencia mecánica, dureza y resistencia a la corrosión moderada. Sin embargo, se ha observado que bajos niveles de corrosión combinados con una componente mecánica pueden ser muy dañinos para la integridad de este acero. Por esta razón, durante los últimos años se han desarrollado varias investigaciones para intentar entender el sinergismo erosión-corrosión en los aceros inoxidables martensíticos [3, 4], muchos de estos trabajos utilizan técnicas electroquímicas para determinar la participación de la componente corrosiva y el efecto de la erosión sobre la corrosión [5-7].

Las definiciones más recientes de interacción entre erosión y corrosión y sinergismo están basadas en el trabajo de Madsen [8]. El sinergismo puede ser cuantificado usando la ecuación 1:

T = Keo + Kco + DKe + DKc ( 1 )

Donde T es la pérdida de masa medida en un ensayo de erosión-corrosión, Keo es la pérdida de masa medida en un ensayo de erosión, sin la influencia de agentes corrosivos y medida gravimétricamente. Kco es la pérdida de masa obtenida a través de densidad de corriente, y utilizando la ecuación de Faraday, sin el efecto de las partículas erosivas, DKe es el aumento en la erosión debido a la influencia de la corrosión y DKc es el aumento en la corrosión debido a la influencia de la erosión, siendo el sinergismo S dado por:

S = DKe + DKc ( 2 )

Adicionalmente, existen otras relaciones basadas en las ecuaciones anteriores que pueden ser útiles en la evaluación de los regímenes de desgaste [9]:

T = Ke + Kc ( 3 ) Ke = Keo + DKe ( 4 ) Kc = Kco + DKc ( 5 )

En estas ecuaciones, T es la tasa de erosión-corrosión total medida por pérdida de masa en un ensayo de erosión-corrosión.

Con estas definiciones pueden establecerse regímenes de erosión-corrosión como:

Ke/Kc < 0,1 Corrosión pura 0,1<Ke/Kc<1 Corrosión aumentada por erosión 1< Ke/Kc< 10 Erosión aumentada por corrosión Ke/Kc> 10 Erosión pura

En este trabajo se estudia el comportamiento de un acero inoxidable martensítico AISI 410 sometido a condiciones de desgaste de erosión-corrosión y se calcula la influencia del sinergismo en la degradación de este acero y el régimen de desgaste que se presenta.

 

2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Material y tratamiento térmico Para el desarrollo de este trabajo se utilizó un acero inoxidable martensítico AISI 410 cuya composición química se muestra en la tabla 1.

Tabla 1. Composición química del acero inoxidable martensítico [% en peso] Table 1. Chemical composition of the martensitic stainless steel 

El material se recibió en formato de barra laminada en caliente con diámetro de 3/8”. Las muestras obtenidas de este material se calentaron hasta que alcanzaron una temperatura de 1273 K, donde se sostuvieron durante 1 hora en una atmósfera protectora de argón con presión de 0.15 MPa. Posteriormente, se templaron en aceite y se sometieron a un tratamiento de revenido a 473K durante 1 hora.

2.2 Microestructura y Dureza El estudio de la microestructura del acero se realizó usando un microscopio óptico Olympus BX60M y un microscopio electrónico de barrido Philips XL30TMP. La preparación metalográfica se realizó siguiendo procedimientos estandarizados por la norma ASTM E407, realizando el pulimento final con sílica coloidal de 1 mm. El control de la calidad del tratamiento térmico se realizó con mediciones de dureza, utilizando un microdurómetro Buehler Micromet 2100 y cargas de 100 gf.

2.3 Ensayos de desgaste erosivo y corrosión Las muestras fueron sometidas a cuatro tipos de ensayo: erosión, corrosión estática, corrosión con flujo y erosión-corrosión. Los ensayos de corrosión estática se realizaron en una celda electroquímica convencional. Para la realización de los ensayos de erosión, corrosión con flujo y erosión-corrosión se construyó el equipo mostrado en lafigura 1 y descrito en trabajos anteriores [10]. Este equipo es una celda electroquímica modificada para permitir la obtención de datos de polarización en condiciones de flujo del electrolito. En los ensayos de corrosión con flujo, la muestra se somete al impacto de un

chorro de electrolito, mientras que en los ensayos de erosión-corrosión, la muestra sufre el impacto de una mezcla de electrolito y partículas. En este equipo pueden realizarse dos tipos de ensayos: 1) obtención de parámetros electroquímicos a través de curvas de polarización potenciodinámica o potenciostática y 2) ensayos de pérdida de masa por efectos electroquímicos y/o mecánicos sin aplicación de potencial externo, pesando las muestras antes y después de cada ensayo.

 Figura 1. a) Equipo usado en los ensayos corrosión y erosión-corrosión.b) esquema

del equipo usado como celda electroquímica Figure 1. a) Device used in the corrosion and corrosion-erosion tests. b) Squeme of

the device used as electrochemical cell

Para los ensayos de erosión se usaron partículas erosivas de cuarzo con tamaño medio entre 420 y 300 mm (50-40 AFS). Estas partículas se mezclaron con agua destilada en los ensayos de erosión o con una solución de 3.5% NaCl en los ensayos de erosión-corrosión. En todos los casos, la concentración de partículas en la mezcla fue del 10%. Este valor permitió obtener valores de pérdida por erosión significativos para el tamaño de partícula usado, sin tener interferencia significativa entre las partículas y manteniéndolas homogéneamente distribuidas.

Las partículas se proyectaron sobre la superficie de las muestras con un ángulo de impacto de 90º y con velocidad media de 4ms-1. Esta velocidad de calculó usando mediciones de caudal, tiempo y área de la boquilla de salida del flujo. Vale la pena mencionar que las partículas se cambiaron cada dos horas de ensayo.

2.4 Ensayos de polarización Las curvas de polarización potenciodinámicas se obtuvieron en un potenciostato EG&G Princeton Applied Research (PAR) modelo 273, con electrodo de referencia de Ag/AgCl y contraelectrodo de platino. La temperatura del ensayo se mantuvo entre 294 y 299 K, y la tasa de variación del potencial fue 1mV/s. Todas las muestras fueron lijadas minutos antes del ensayo en papel abrasivo ASTM 600, lavadas con ultrasonido y secados con aire caliente. Las muestras se mantuvieron en las condiciones de ensayo durante 5 minutos sin aplicación de potencial, dando así tiempo para el electrolito mojar la superficie y establecer la doble capa eléctrica. El área expuesta de las muestras fue de 0.71 cm2. El potencial varió desde 0.1 V por

debajo del potencial de corrosión en la dirección positiva hasta alcanzar 10-3 Acm- 2. A partir de las curvas de polarización se obtuvieron varios parámetros electroquímicos como el potencial de corrosión (Ecorr), la densidad de corriente pasiva (Ipass) y el potencial de picadura (Ep). El pH y la temperatura de la solución se monitorearon durante todos los ensayos usando un pH-metro Digimed DM22 y un termómetro de mercurio en contacto con la solución.

2.5 Ensayos de pérdida de masa Algunas muestras se sometieron a ensayos de erosión y erosión-corrosión con medición de pérdida de masa antes y después de cada ensayo. El tiempo total de ensayo fue de 8 horas, con intervalos en los que las muestras se lavaron, limpiaron por ultrasonido y secaron en aire caliente, siendo pesadas antes y después de cada intervalo de ensayo en una balanza electrónica Shimadzu AUW220D con precisión de 0.01 mg. Cada ensayo fue repetido 3 veces.

2.6 Cálculo del sinergismo El cálculo del sinergismo se realizó siguiendo la norma ASTM G119, que utiliza los datos obtenidos en los ensayos de polarización potenciodinámica y pérdida de masa.

2.7 Análisis de las superficies El estado de las superficies sometidas a ensayos de erosión, corrosión y erosión-corrosión se evaluó con un microscopio óptico Olympus PME y un microscopio electrónico de barrido Phillips XL30TMP. Se evaluaron características como picaduras, marcas de erosión y evidencias de corrosión uniforme.

 

3. RESULTADOS

3.1 Microestructura y Dureza La figura 2 muestra el aspecto de la microestructura obtenida en las muestras después del proceso de temple y revenido, la cual está compuesta por placas de martensita revenida y austerita retenida. La dureza obtenida después del revenido fue de 500 HV0.1.

 Figura 2. Martensita revenida. Acero inoxidable AISI 410 templado a partir de

1000ºC y revenido a 200ºC durante una hora (MO, 200 X, Ataque: Villela) Figure 2. Tempered martensite. 1000ºC quenched stainless steel, tempered at

200°C during 1 hour

3.2 Pérdida de masa La figura 3 muestra una de las curvas de pérdida de masa acumulada en ensayos de erosión pura y erosión-corrosión para el acero AISI 410. En esta figura se observa la gran influencia de la corrosión en la resistencia al desgaste del acero inoxidable martensítico. Todas las curvas obtenidas mostraron dos regiones, una correspondiente al periodo de running-in entre el comienzo y las primeras dos horas del ensayo, y una región posterior donde la pérdida de masa fue directamente

proporcional al tiempo de ensayo, mostrando un comportamiento ya conocido para el acero AISI 410 [11].

 Figura 3. Pérdida de masa acumulada para el acero inoxidable martensítico AISI

410 Figure 3. Accumulated mass losses for AISI 410 martensitic stainless steel

3.3 Efecto de la velocidad del electrólito y la introducción de partículas La figura 4 muestra las curvas de polarización potenciodinámicas obtenidas para el acero inoxidable AISI 410 templado y revenido. Se presentan dos tipos de curvas, obtenidas en condición de corrosión convencional (estática), corrosión con flujo y erosión-corrosión. El número de Reynolds, calculado a partir del diámetro de la boquilla (0.003 m), la velocidad del chorro (4 ms-1) y la viscosidad cinemática de la solución (1.03x10-6 m2s-1), es 11650. Dado que el valor de transición entre el régimen laminar y turbulento es de 2000, el flujo entre la solución y el electrodo es turbulento. El flujo turbulento en la superficie del electrodo reduce el espesor de la capa límite y de difusión; de esta forma, el impacto del chorro puede, por un lado, aumentar la reacción catódica por el aumento en la transferencia de oxígeno [12] y por otro, desplaza la curva anódica del material hacia densidades de corriente mayores, por la dificultad de concentrar iones de cromo en la superficie, necesarios para formar la capa pasiva. Como resultado de estos procesos, el flujo de electrólito a 4 ms-1promueve el aumento de la densidad de corriente.

 Figura 4. Curvas de polarización para el acero AISI 410 en 3.5%NaCl, con

diferentes condiciones de ensayo de corrosión: estática, corrosión con flujo y erosión-corrosión con partículas de cuarzo 

Figure 4. Polarization curves obtained with AISI 410 martensitic stainless steel in 3.5%NaCl under different test conditions

La adición de partículas genera un aumento aún más significativo en la densidad de corriente de las curvas de polarización, desplazándolas aproximadamente dos órdenes de magnitud. Aún para densidad de corriente alta, las curvas muestran una forma que corresponde al comportamiento pasivo. Con respecto a los valores de potencial, se nota que tanto el potencial de corrosión como el de picadura son más negativos al aumentar la agresividad del ensayo.

3.4 Cálculo del sinergismo erosión-corrosión La tabla 2 muestra el resumen de los parámetros obtenidos a través de los ensayos de pérdida de masa (T y Keo) y polarización electroquímica (Kco), siendo que T se determinó en el ensayo de erosión-corrosión con un lodo formado por 3.5% NaCl y partículas de cuarzo, Keo en el ensayo de erosión con un lodo formado por agua destilada y partículas de cuarzo, con la hipótesis de que la influencia de la corrosión es despreciable. Finalmente Kco se determinó siguiendo el procedimiento de cálculo de la norma ASTM G119 y el trabajo de Dean de 1987 [13, 14].

Tabla 2 . Tasas de pérdida de masa obtenidas para el acero inoxidable martensítico en ensayos de erosión-corrosión, erosión, corrosión y sinergismo 

Table 2 . Mass loss rates for the martensitic stainless steel in the erosion-corrosion, erosion and corrosion tests and synergism

La figura 5 muestra el gráfico de distribución de componentes de erosión, corrosión y sinergismo para el acero inoxidable martensítico templado y revenido. Se observa que el sinergismo entre la erosión y la corrosión es muy alto en este tipo de acero.

 Figura 5. Distribución de la componente de erosión, corrosión y sinergismo para el

acero martensítico templado y revenido Figure 5. Erosion, corrosion and synergism distribution for the quenched and

tempered martensitic stainless steel

La tabla 3 muestra además del (DKe) aumento en la erosión debido a la influencia de la corrosión y el aumento en la corrosión debido a la influencia de la erosión (DKc), la

contribución total de la erosión (Ke) y de la corrosión (Kc) a la degradación del material. La distribución porcentual de estas contribuciones se muestra en la figura 6.

Tabla 3. Sinergismo, contribución de la erosión en la corrosión, de la corrosión en la erosión para el acero inoxidable martensítico AISI 410 

Table 3. Synergism, corrosion increased by erosion and erosion increased by corrosion for martensitic stainless steel 

 Figura 6. Distribución de los términos de sinergismo para el acero inoxidable

martensítico templado y revenido Figure 6. Distribution of synergism terms for the martensitic stainless steel

Finalmente, el valor de Ke/Kc es 0.6, mostrando así que el proceso de degradación fundamental de este acero en estas condiciones de ensayo es de corrosión aumentada por corrosión.

 

La figura 7 muestra una imagen de una superficie ensayada en erosión-corrosión. Se observa una picadura y marcas de desgaste en toda la superficie de la muestra. Las picaduras están distribuidas en toda la superficie de la muestra y no parecen nuclear preferencialmente a lo largo de las indentaciones y marcas de desgaste generadas en la superficie metálica por el impacto de las partículas.

 Figura 7. Aspecto de la superficie de una muestra desgastada de acero inoxidable

martensítico después de un ensayo de erosión-corrosión Figure 7. Topography of the eroded surfaces of quenched and tempered AISI 410

samples after corrosion–erosion test

 

4. DISCUSIÓN

La lectura de la tabla 2 permite identificar el peso de la erosión, la corrosión y del sinergismo en la degradación el acero estudiado. El término de erosión corresponde al 32.32%, el de corrosión al 1.12% y el sinergismo al 66.56%. Se observa que aunque el término corrosivo es muy pequeño, el aumento de la rugosidad con el impacto de las partículas aumenta también el área expuesta al medio corrosivo, a su vez, las marcas corroídas son más sensibles al impacto de las partículas generando un refuerzo mutuo entre los mecanismo para remover material de la superficie. De otro lado, la alteración de la topografía superficial cambia las líneas de corriente, promoviendo la formación de vórtices y alterando el espesor de la capa límite hidrodinámica y de difusión [15], con esto la remoción de iones de cromo, que promueven la pasivación puede aumentar y contribuir al aumento de la corrosión. Con estos mecanismos actuando conjuntamente, el sinergismo se convierte en un porcentaje muy significativo del daño total en la superficie de este acero.

La evaluación de las componentes de corrosión y erosión separadamente puede conducir a un análisis inadecuado. La suma de las componentes Kco y DKc, representada por Kc, y de Keo y DKe (Ke) es una medida de cuánto de la pérdida total está influenciada por la corrosión y por la erosión respectivamente, y puede ser un índice más representativo de los efectos de los mecanismos mecánicos y electroquímicos. Esta distribución de términos, muestra que la influencia de la corrosión en el proceso de degradación de la superficie es predominante (95%), lo cual no es extraño dado que el contenido de cromo en este acero es cercano al límite necesario para tener un acero inoxidable.

Finalmente, es necesario dejar claro que tanto los valores de densidad de corriente pasiva obtenida en condiciones de corrosión y de erosión-corrosión se transformaron en datos de tasa de pérdida de masa usando la ecuación de Faraday, con el objetivo de poder compararlos con los resultados obtenidos por pesaje directo y obtener valores numéricos de sinergismo. Sin embargo, la utilización de esta ley es bastante específica y considera aspectos como la disolución uniforme de una única especie metálica, o en el caso de una aleación, considera la disolución uniforme de todos los componentes, lo que se tiene en cuenta calculando el concepto de equivalente en peso [14]. De un lado, para el material y electrólito estudiado es difícil tener sólo corrosión uniforme, la corrosión localizada también tiene un papel muy importante, haciendo que el proceso de disolución de los elementos no sea homogéneo. Por otro lado, el cálculo del equivalente en peso requiere conocer la composición química del metal, el peso atómico de cada elemento y la valencia con que cada especie entra en la reacción de disolución. La asociación de valencias para los elementos disueltos en la solución de una aleación como el acero inoxidable no es simple. Para el desarrollo de este trabajo se seleccionó la valencia de cada elemento a partir de su correspondiente diagrama de Pourbaix [16], para valores de potencial y de pH medidos experimentalmente. Aunque el equivalente en peso sea calculado con cierta aproximación, los errores cometidos son sistemáticos y por lo tanto permiten establecer una comparación entre las condición de corrosión y erosión-corrosión.

 

5. CONCLUSIONES

Usando el criterio de cálculo de peso equivalente para cada una de los elementos de la aleación se encontró un factor de sinergismo entre la corrosión y la erosión para el acero inoxidable martensítico de 66.5%, siendo el proceso fundamental de remoción de material, clasificado como corrosión acelerada por erosión.

Diversos factores como la alteración de la topografía superficial y el aumento de la rugosidad con el impacto de las partículas y la subsiguiente

modificación de verticidades, líneas de corriente y capa límite, pueden explicar la gran importancia de los procesos sinérgicos para la degradación de este acero.

 

6. AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el apoyo económico del CNPQ, Brasil. Proyectos 475956/2003-6 y 490316/2004-2.

 

REFERENCIAS

[1] BATCHELOR, A. W., STACHOWIAK, G. Engineering Tribology, Butterworth-Heinemann 1988         [ Links ][2] WOOD, R.J.K. Erosion–corrosion interactions and their effect on marine and offshore materials Wear 261 (2006) 1012–102.3         [ Links ][3] TORO, A, SINATORA, A., TANAKA, D.K., TSCHIPTSCHIN, A.P. Corrosion–erosion of nitrogen bearing martensitic stainless steels in seawater–quartz slurry. Wear 251 (2001) 1257–1264.         [ Links ][4] WEN, D. C. Particle Erosion of SUS403 Tempered Martensitic Stainless Steel. ISIJ Int, Vol. 46 (2006), No. 5, pp. 728–733.         [ Links ][5] WATSON, S.W., FRIEDERSDORF, F.J., MADSEN, B.W., CRAMER, S.D. Methods of measuring wear-corrosion synergism. Wear 181-183 (1995) 476-484.         [ Links ][6 ]ZHOU, S., STACK, M.M., NEWMAN, R.C. Characterization of synergistic effects between erosion and corrosion in an aqueous environment using electrochemical techniques Corrosion, Vol 52, N12, 1996, 934-946.         [ Links ][7] PONTHIAUX, P., WENGER, F., DREES, D. , CELIS, J.P. Electrochemical techniques for studying tribocorrosion processes. Wear 256 (2004) 459–468.         [ Links ][8] MADSEN, B.W. Measurement of erosion-corrosion synergism with a slurry wear test apparatus, Wear 123, Issue 2, 15 April 1988, Pages 127-142         [ Links ][9] STACK, M.M., Stott, F.H. Approach to modelling erosion-corrosion of alloys using erosion-corrosion maps. Corr. Sci., 35, n 5-8 , 2, 1993, p 1027-1034         [ Links ][10] LÓPEZ, D., ALONSO-FALLEIROS, N., TSCHIPTSCHIN, A.P. Corrosion–erosion behaviour of austenitic and martensitic high nitrogen stainless steels. Wear, 263, 2007, 347-354.         [ Links ][11] LEVY A. V., HICKEY, G. Liquid-solid particle slurry erosion of steels. Wear, 117 (1987) 129 - 146 129         [ Links ][12] SASAKI, K., BURSTEIN, G.T. Erosion–corrosion of stainless steel under impingement by a fluid jet. Corr. Sci, 49, Issue 1, January 2007, Pages 92-102.         [ Links ][13] ASTM G 119 – 04 Standard Guide for determining synergism between wear and corrosion.         [ Links ][14] DEAN, S.W. Calculation of alloy equivalent weight. Materials Performance, 26, 1987, 51-52         [ Links ][15] POSTLETHWAITE, J., NESIK, S., ADAMOPOULOS, G., BERGSTROM, D.J. Predictive models for erosion-corrosion under disturbed flow conditions. Corr. Sci, 35, 1-4, pp. 627-633, 1993.         [ Links ][16] POURBAIX, M. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, 1974. Pergamon.        [ Links ]

Cromo: Aumenta la resistencia a la corrosión y al disolverse en la austenita,

aumenta también la templabilidad. En los aceros con un alto contenido en

carbono, aumenta la resistencia a la abrasión y al desgaste. Es menos caro que el

niquel.

http://uploaded.net/file/94tud0k9/ASM%20metal%20handbook.part1.rarhttp://uploaded.net/file/2twrjqka/ASM%20metal%20handbook.part2.rarhttp://uploaded.net/file/0mdnz6b7/ASM%20metal%20handbook.part3.rar