Respuesta corta: La corrosión bajo tensión (SCC) es el agrietamiento causado por una tensión de tracción sostenida que actúa junto con un medio corrosivo específico sobre un material susceptible. Si se elimina cualquiera de los tres factores, la SCC no puede producirse. En tuberías enterradas y acero recubierto, un recubrimiento intacto y bien adherido, junto con protección catódica, mantiene el electrolito que provoca el agrietamiento alejado del acero, por lo que la preparación de superficies en juntas de campo y soldaduras es decisiva.
La corrosión bajo tensión (SCC, por sus siglas en inglés) es un mecanismo de fallo en el que un metal se agrieta por el efecto combinado de una tensión de tracción sostenida y la exposición a un medio corrosivo específico, ninguno de los cuales, por sí solo, haría fallar el material al mismo nivel de tensión. La SCC es especialmente traicionera porque puede producirse con tensiones muy inferiores al límite elástico del material, genera fracturas de aspecto frágil en materiales que son dúctiles en condiciones normales y a menudo es difícil de detectar antes del fallo. En las industrias del petróleo y el gas, offshore y de procesos químicos, la SCC es una causa importante de fallos en tuberías y recipientes a presión, con graves consecuencias para la seguridad y el medio ambiente. En el acero enterrado y sumergido, los recubrimientos protectores combinados con protección catódica son la principal defensa contra el agrietamiento asistido por el medio. Este artículo explica las condiciones, los tipos de SCC relevantes para el acero industrial y los requisitos de recubrimiento y preparación de superficies que impiden que el agrietamiento se inicie.
Las tres condiciones necesarias para la corrosión bajo tensión
La SCC requiere que tres condiciones estén presentes simultáneamente. Eliminar cualquiera de ellas evita la SCC:
- Material susceptible: No todos los materiales son susceptibles a la SCC en todos los medios. El acero al carbono es susceptible a la SCC en medios específicos, como hidróxidos concentrados (SCC cáustica), soluciones de carbonato-bicarbonato y medios con H₂S (agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros). Los aceros inoxidables austeníticos son susceptibles a la SCC por cloruros. Los aceros de mayor resistencia y dureza son, en general, más susceptibles que los de menor resistencia.
- Tensión de tracción: Debe existir una tensión aplicada (por cargas de servicio o presión) o una tensión residual (por soldadura, conformado o tratamiento térmico). Las tensiones residuales de tracción en las soldaduras son un punto de iniciación de SCC especialmente frecuente, porque son difíciles de eliminar y se sitúan donde la microestructura también puede estar alterada por la zona afectada térmicamente.
- Medio corrosivo específico: La SCC depende de la combinación medio-material. La especie química que causa SCC en un material puede ser inocua en otro. También influyen la concentración y la temperatura de la especie corrosiva; la SCC suele ser más grave por encima de determinados umbrales de concentración y temperatura.
Tipos de corrosión bajo tensión relevantes para el acero industrial
Agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros (SSC): medios con H₂S
El agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros (SSC) afecta a aceros al carbono y de baja aleación de alta resistencia y dureza en presencia de sulfuro de hidrógeno (H₂S) y agua. El H₂S favorece la absorción de hidrógeno en el acero, por lo que la SSC es, en sentido estricto, una forma de fragilización por hidrógeno que reduce la ductilidad y provoca agrietamiento en concentraciones de tensión y zonas duras, como las zonas afectadas térmicamente de las soldaduras. La SSC es el mecanismo de agrietamiento más importante en los sistemas de producción de petróleo y gas ácidos y se rige por NACE MR0175 / ISO 15156, que especifica requisitos de materiales, límites de dureza y requisitos de tratamiento térmico para equipos en servicio ácido (con H₂S). ISO 15156-2 cubre los aceros al carbono y de baja aleación resistentes al agrietamiento, incluida la resistencia a la SSC y al agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC); se ocupa únicamente del agrietamiento, no de la corrosión general o localizada.
SCC de pH casi neutro (NNpH SCC): tuberías enterradas
La SCC de pH casi neutro afecta a los aceros de tuberías enterradas en puntos de desprendimiento del recubrimiento donde el electrolito atrapado tiene un pH de aproximadamente 5,5–7,5, condiciones que se originan por el CO₂ disuelto en aguas subterráneas diluidas bajo un recubrimiento desprendido, normalmente donde el recubrimiento también apantalla el acero frente a la protección catódica. Se caracteriza por un agrietamiento predominantemente transgranular, a menudo en colonias en el cuerpo del tubo y cerca de las soldaduras longitudinales. La NNpH SCC ha causado fallos en tuberías de Canadá y Estados Unidos, principalmente en gasoductos de transporte de alta presión. El mecanismo requiere un recubrimiento desprendido que atrape el electrolito; los recubrimientos intactos y adheridos, que permiten que la corriente de protección catódica llegue a cualquier defecto, le niegan ese medio.
SCC de pH alto (SCC clásica): tuberías enterradas
La SCC de pH alto afecta a tuberías enterradas en soluciones concentradas de carbonato-bicarbonato (pH superior a 9 aproximadamente) que se forman en recubrimientos desprendidos cuando la protección catódica genera hidróxido que reacciona con el CO₂ del suelo. Produce grietas intergranulares, se da dentro de un estrecho rango de potencial cercano al potencial de protección catódica y depende mucho de la temperatura, por lo que se encuentra con mayor frecuencia en los tramos de tubería más calientes aguas abajo de las estaciones de compresión.
SCC por cloruros: aceros inoxidables austeníticos
Los aceros inoxidables austeníticos (series 304, 316) son susceptibles a la SCC en medios con cloruros, en general por encima de aproximadamente 60 °C. Esto es relevante sobre todo en procesos químicos, intercambiadores de calor y equipos de proceso offshore: no afecta directamente a las aplicaciones estructurales de acero al carbono, pero es importante en sistemas de materiales mixtos.
Dónde se produce la SCC en la infraestructura industrial
| Tipo de activo | Tipo de SCC | Condiciones críticas | Función protectora del recubrimiento |
|---|---|---|---|
| Oleoductos y gasoductos enterrados | NNpH SCC, SCC de pH alto | Recubrimiento desprendido, CO₂ en aguas subterráneas, apantallamiento o rango de potencial de la protección catódica, temperatura | Un recubrimiento de tubería intacto y adherido, con protección catódica eficaz, mantiene el electrolito alejado del acero e impide que se formen puntos de iniciación |
| Equipos de producción de gas / petróleo ácidos | Agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros (SSC) | Presión parcial de H₂S, pH, presencia de agua, dureza del material | La selección de materiales según NACE MR0175 / ISO 15156 es el control principal; los recubrimientos externos solo actúan frente al medio externo |
| Equipos de acero en servicio con H₂S húmedo | SSC / agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) | H₂S, agua, acero duro o de alta resistencia (dureza del acero al carbono limitada normalmente a 22 HRC) | Material conforme a NACE MR0175 / ISO 15156; chapa resistente al HIC cuando se requiera; recubrimientos o revestimientos interiores como protección complementaria |
| Recipientes y tuberías en servicio cáustico | SCC cáustica | NaOH concentrado a temperatura elevada; sistemas de inyección de sosa e internos de recipientes | El alivio de tensiones (tratamiento térmico posterior a la soldadura) de las soldaduras es el control principal; revestimientos interiores donde se especifiquen |
| Juntas de campo de tuberías y zonas de reparación | NNpH SCC | Los recubrimientos de juntas de campo son puntos de iniciación frecuentes si la adherencia es insuficiente; desprendimiento del recubrimiento en las soldaduras circunferenciales | Recubrimiento de junta de campo aplicado sobre el grado de preparación especificado (normalmente Sa 2½ / SSPC-SP 10) con perfil y niveles de sales verificados; solape correcto con el recubrimiento aplicado en fábrica |
Cómo previenen los recubrimientos protectores la corrosión bajo tensión
Los recubrimientos previenen la SCC externa impidiendo que las especies corrosivas lleguen a la superficie del acero, con lo que rompen el tercer lado del triángulo de la SCC (material susceptible + tensión + medio corrosivo). La eficacia de la prevención de la SCC mediante recubrimientos depende de la integridad del recubrimiento: un recubrimiento desprendido o dañado crea exactamente el microambiente (electrolito atrapado sobre la superficie del acero bajo una película no adherida, parcialmente apantallado frente a la protección catódica) en el que se inician la SCC de pH casi neutro y otras formas de agrietamiento asistido por el medio.
Requisitos clave de los recubrimientos empleados para prevenir la SCC:
- Alta adherencia: El recubrimiento debe mantener la adherencia bajo las solicitaciones mecánicas, térmicas y químicas del entorno de operación. La pérdida de adherencia es la condición previa para la SCC en tuberías enterradas.
- Resistencia al desprendimiento catódico: Las tuberías enterradas con protección catódica son susceptibles al desprendimiento catódico, proceso por el cual la corriente de protección catódica en los defectos del recubrimiento genera iones hidroxilo que atacan la interfaz recubrimiento-acero. La serie ISO 21809 de normas de recubrimientos externos para tuberías incluye ensayos de desprendimiento catódico para calificar sistemas de recubrimiento para servicio enterrado; NACE SP0169 (actualmente AMPP SP0169) establece el control de la corrosión externa de tuberías enterradas, incluidos recubrimientos y protección catódica.
- No apantallar la protección catódica: Cuando un recubrimiento se desprende, no debe impedir que la corriente de protección catódica llegue al acero subyacente. El apantallamiento es lo que permite que un electrolito de pH casi neutro persista bajo el desprendimiento.
- Resistencia a las tensiones del suelo y a los movimientos del terreno: Los recubrimientos de tuberías deben mantener la adherencia bajo la carga del terreno, los movimientos del suelo y la dilatación y contracción térmicas de la tubería.
- Preparación de superficies adecuada: La unión recubrimiento-acero que resiste el desprendimiento se establece en el momento de la aplicación. Sa 2½ / SSPC-SP 10 es el mínimo habitual para los sistemas de recubrimiento de tuberías y estructuras empleados para prevenir la SCC; confírmelo siempre con la ficha técnica del producto.
Preparación de superficies para aplicaciones críticas frente a la SCC
El recubrimiento de juntas de campo en tuberías es una de las aplicaciones de preparación de superficies más críticas frente a la SCC: la junta de campo combina una concentración de tensiones (la soldadura circunferencial) con el punto más probable de discontinuidad del sistema de recubrimiento. El flujo de trabajo completo se describe en preparación de superficies para juntas de campo de tuberías y soldaduras corroídas. Requisitos habituales:
- Sa 2½ / SSPC-SP 10 como mínimo para la mayoría de los sistemas de recubrimiento de juntas de campo; verifíquelo con la ficha técnica del producto concreto.
- Perfil de anclaje: dentro del rango de la ficha técnica del recubrimiento. Muchos sistemas de junta de campo de epoxi líquido y FBE exigen un perfil del orden de 40–75 µm o más, y algunos sistemas tricapa tienen sus propios requisitos; consulte al fabricante.
- Contaminación por sales solubles: por debajo del límite de cloruros fijado en la especificación del proyecto o en la ficha técnica, medida en obra (por ejemplo, con el método Bresle, ISO 8502-6 / 8502-9). Atención a las unidades: 1 µg/cm² = 10 mg/m². Las sales bajo un recubrimiento enterrado provocan ampollamiento osmótico y desprendimiento, lo que crea condiciones de iniciación de la SCC. Consulte contaminación por sales solubles y fallo del recubrimiento.
- Preparación del solape: la zona de transición entre el recubrimiento de la junta de campo y el recubrimiento adyacente aplicado en fábrica debe prepararse mecánicamente para garantizar la adherencia en toda la junta.
Para la preparación de juntas de campo en ubicaciones remotas donde el equipo de chorreado abrasivo no es viable logísticamente, el Bristle Blaster® produce una limpieza comparable a Sa 2½ / SSPC-SP 10 y un perfil de anclaje de 65–85 µm Rz en acero estándar para tuberías según ensayos documentados, sin granalla ni confinamiento del chorreado; la versión neumática está evaluada ATEX para gas de zona 1 y polvo de zona 21. Los resultados varían según la calidad del acero, el grado de oxidación, la banda y la técnica, y la aceptación conforme a la especificación del recubrimiento la confirma el inspector. Se utiliza ampliamente para la preparación de juntas de campo y reparaciones donde el chorreado no es viable.
Un aspecto relacionado: como las puntas de las cerdas golpean y rebotan, el Bristle Blasting trabaja en frío la superficie y deja una tensión residual de compresión, documentada en un estudio de tensiones residuales de NACE. La tensión superficial de compresión, en general, se opone a la iniciación de grietas, como en el granallado de pretensado (shot peening), pero aquí no se afirma que prevenga la SCC en ningún sistema concreto; el recubrimiento y la protección catódica siguen siendo la defensa principal.
Conclusiones clave
- La corrosión bajo tensión requiere tres condiciones simultáneas: material susceptible, tensión de tracción y un medio corrosivo específico. Eliminar cualquiera de ellas evita la SCC.
- Los principales tipos de SCC que afectan a la infraestructura de acero al carbono son el agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros (SSC) en medios con H₂S, la SCC de pH casi neutro (transgranular) y la SCC de pH alto (intergranular) en tuberías enterradas, y la SCC cáustica en medios de proceso alcalinos.
- Los recubrimientos con protección catódica previenen la SCC externa impidiendo que las especies corrosivas lleguen a la superficie del acero. El desprendimiento del recubrimiento en juntas de campo, zonas de soldadura y puntos con daños mecánicos es la principal condición de iniciación de la SCC en sistemas de tuberías enterradas.
- La calidad de la preparación de superficies en aplicaciones de recubrimiento críticas frente a la SCC, en particular las juntas de campo de tuberías, controla directamente la adherencia y la resistencia al desprendimiento. Son esenciales Sa 2½ / SP 10 como mínimo habitual, un control estricto de sales y un perfil de anclaje verificado.
- NACE MR0175 / ISO 15156 rige la selección de materiales para servicio ácido; la serie ISO 21809 y AMPP SP0169 rigen los recubrimientos externos de tuberías y el control de la corrosión. Abordan partes distintas del problema y se complementan.
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Preguntas frecuentes
¿Qué tres condiciones causan la corrosión bajo tensión?
Un material susceptible, una tensión de tracción (aplicada o residual, por ejemplo, de la soldadura) y un medio corrosivo específico, todos presentes al mismo tiempo. Eliminar cualquiera de ellos evita la SCC. Por eso la mitigación combina la selección de materiales, el control de tensiones, como el tratamiento térmico posterior a la soldadura, y recubrimientos con protección catódica que mantienen el medio alejado del acero.
¿Cuál es la diferencia entre la SCC de pH casi neutro y la SCC de pH alto?
Ambas afectan a tuberías enterradas bajo recubrimientos desprendidos. La SCC de pH casi neutro se forma en aguas subterráneas diluidas con CO₂ disuelto, a un pH de aproximadamente 5,5–7,5, y produce sobre todo grietas transgranulares. La SCC de pH alto se forma en un electrolito concentrado de carbonato-bicarbonato por encima de pH 9 aproximadamente, es intergranular y es más frecuente donde la temperatura del tubo es mayor, por ejemplo, aguas abajo de las estaciones de compresión.
¿Pueden los recubrimientos prevenir el agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros?
No por sí solos. El agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros se controla principalmente mediante la selección de materiales, los límites de dureza y el tratamiento térmico según NACE MR0175 / ISO 15156. Los recubrimientos externos protegen frente a los medios exteriores a la tubería o al recipiente, pero el fluido de proceso ácido está en el interior, por lo que el material calificado es la barrera principal.
¿Por qué las juntas de campo de tuberías son un punto frecuente de iniciación de la SCC?
La soldadura circunferencial añade tensión residual de tracción, y el recubrimiento de la junta de campo se aplica en obra en condiciones menos controladas que el recubrimiento de fábrica. Si la preparación es deficiente, el recubrimiento se desprende, atrapa electrolito y puede apantallar el acero frente a la protección catódica, lo que crea las condiciones en las que se inicia la SCC de pH casi neutro.
Fuentes
- W. Chen, R. Kania, R. Worthingham, G. Van Boven (University of Alberta, TransCanada, Spectra Energy), Transgranular Crack Growth in Pipeline Steels Exposed to Near-Neutral pH Soil Aqueous Solutions: The Role of Hydrogen (2009). primis.phmsa.dot.gov
- ISO, ISO 15156-2:2020, Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production, Part 2: Cracking-resistant carbon and low-alloy steels (2020). iso.org
- Serie ISO 21809, External coatings for buried or submerged pipelines used in pipeline transportation systems; AMPP (NACE) SP0169, Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems.
- MontiPower, resumen de la ponencia de NACE: Comprehensive Residual Stress Study of bristle-blasted steel (2014); fichas técnicas del Bristle Blaster® (limpieza comparable a Sa 2½ / SP 10; 65–85 µm Rz en acero API 5L según ensayos documentados).
