El personal de ingeniería debe estar informado sobre las condiciones que favorecen la fragilización por hidrógeno y su mecanismo de formación al seleccionar materiales para una aplicación específica. Este artículo analiza las fuentes de hidrógeno y las características que contribuyen a la fragilización por hidrógeno.
Preocupación
Otra forma de agrietamiento por corrosión por esfuerzo es la fragilización por hidrógeno. Aunque la fragilización de materiales puede manifestarse de diversas maneras, en aceros de alta resistencia, la fragilización por hidrógeno tiene un efecto devastador debido a la naturaleza catastrófica de las fracturas que pueden ocurrir. La fragilización por hidrógeno es el proceso mediante el cual el acero pierde su ductilidad y resistencia debido a pequeñas grietas que resultan de la presión interna del hidrógeno (H2) o gas metano (CH4), que se forma en los límites de grano. En aleaciones de zirconio, la fragilización por hidrógeno es causada por la hidruración del zirconio.
Fuentes de Hidrógeno
Se han identificado fuentes de hidrógeno que causan fragilización durante la fabricación de acero, el procesamiento de piezas, la soldadura, el almacenamiento o contención de gas hidrógeno, y como contaminante ambiental que a menudo se genera como un subproducto de la corrosión general. El hidrógeno puede ser producido por reacciones de corrosión como la oxidación, la protección catódica y el electrochapado.
Fragilización por Hidrógeno del Acero Inoxidable
Como se muestra en la imagen a continuación, el hidrógeno se difunde a lo largo de los límites de grano y se combina con el carbono (C), que está aleado con el hierro, para formar gas metano. El gas metano no es móvil y se acumula en pequeños vacíos a lo largo de los límites de grano donde se generan presiones enormes que inician grietas.
Fragilización por Hidrógeno
Si el metal está sometido a un esfuerzo de tracción elevado, puede ocurrir una falla frágil. A temperaturas normales de ambiente, los átomos de hidrógeno son absorbidos en la red metálica y se difunden a través de los granos, tendiendo a acumularse en inclusiones u otros defectos de la red. Si el esfuerzo induce grietas bajo estas condiciones, el camino es transgranular. A altas temperaturas, el hidrógeno absorbido tiende a acumularse en los límites de grano y el agrietamiento inducido por esfuerzo es entonces intergranular. Se cree que el agrietamiento de aleaciones de acero martensítico y endurecido por precipitación es una forma de agrietamiento por corrosión bajo esfuerzo de hidrógeno que resulta de la entrada en el metal de una porción del hidrógeno atómico que se produce en la siguiente reacción de corrosión.
La fragilización por hidrógeno no es una condición permanente. Si no ocurre agrietamiento y las condiciones ambientales cambian de modo que no se genere hidrógeno en la superficie del metal, el hidrógeno puede redifundirse desde el acero, restaurando así la ductilidad.
Para abordar el problema de la fragilización por hidrógeno, se hace hincapié en controlar la cantidad de hidrógeno residual en el acero, controlar la cantidad de absorción de hidrógeno en el procesamiento, desarrollar aleaciones con mejor resistencia a la fragilización por hidrógeno, desarrollar procesos de recubrimiento o chapado con baja o nula fragilización, y restringir la cantidad de hidrógeno in situ introducido durante la vida útil de una pieza.
Resumen
La información importante en esta sección se resume a continuación.
Resumen de Fragilización por Hidrógeno
Las condiciones requeridas para la fragilización por hidrógeno en el acero son la presencia de hidrógeno y la presencia de carbono en el acero. El hidrógeno proviene de:
- Fabricación de acero.
- Procesamiento de piezas.
- Soldadura.
- Almacenamiento o contención de gas hidrógeno.
- Hidrógeno como contaminante en el ambiente (a menudo producido como un subproducto de la corrosión general).
La fragilización por hidrógeno es el resultado de hidrógeno que se difunde a lo largo de los límites de grano y se combina con carbono para formar gas metano. El gas metano se acumula en pequeños vacíos a lo largo de los límites de grano donde se generan presiones enormes que inician grietas y disminuyen la ductilidad del acero. Si el metal está bajo un alto esfuerzo de tracción, puede ocurrir una fractura frágil.