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LIMPIEZA, DECAPADO Y PASIVADO DEL ACERO INOXIDABLE

EN APLICACIONES INDUSTRIALES

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Presentación Para realizar correctamente los procesos de limpieza, decapado y pasivado del acero inoxidable es necesario conocer y entender correctamente el tipo de metal base con el que vamos a trabajar. Partimos de una nomenclatura errónea, pues el término inoxidable utilizado no es correcto en su totalidad. Es un metal de mucha calidad, con características muy interesantes, entre las que destacan su alta resistencia a la corrosión; pero no debemos olvidar que es una aleación de acero con un mínimo contenido en cromo del 10-12% que le confiere el carácter “inoxidable”, pero, por lo tanto con una gran presencia de hierro. En los procesos de elaboración del producto final, el metal sufrirá alteraciones que pueden provocar la contaminación o la debilitación de la característica anticorrosiva del acero inoxidable. Desde la propia formación de la aleación en la acería, el corformado, mecanizado, corte de laser... e incluso el tratamiento superficial final, pueden dar lugar a la aparición de óxido de hierro, con los consiguientes riesgos, problemas e inconvenientes que ello puede provocar. Es por lo tanto imprescindible, asegurar al máximo que el metal que entregamos tenga al 100% las características anticorrosivas del acero inoxidable que hemos decidido utilizar. Deberemos pues tener cuidado en decidir correctamente la elección de la aleación idónea para el uso y realizar un diseño pensando también en mantener la inoxidabilidad del elemento, evitando, en todo lo posible, los riesgos de los diferentes tipos de corrosión a los que estará sometido (interacciones con otros metales, lugares de difícil limpieza, …) y que al final del proceso es imprescindible que se realice una PASIVACIÓN QUÍMICA, que garantizará la formación de la capa pasiva en la totalidad de la pieza. El acero inoxidable El acero inoxidable es una aleación de: Fe, C, P, Si, Mn, y en ocasiones: S, Ti, Al, Cu, Nb, V y sobre todo: Cr, N, Ni, Mo. Estos cuatro últimos elementos esenciales como elementos directamente implicados en la característica anticorrosiva del acero inoxidable. La definición de acero inoxidable dada en la norma europea EN 10088-1 dice que deben tener un contenido mínimo de cromo del 10,5% (en peso) y un máximo del 1,2% de carbono.

§ COMPOSICIÓN DEL ACERO INOXIDABLE

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Uno de los elementos principales de la aleación, es el cromo, responsable de la formación de la capa pasiva, formada por óxidos de cromo que protegen al metal base de que el oxígeno reaccione con el hierro y se oxide. Esta capa pasiva se auto-regenera por lo que prácticamente le confieren el carácter de inoxidable.

Un mayor contenido de cromo ofrece una mayor resistencia a la corrosión. El cromo favorece la formación de ferrita y ofrece una mayor resistencia a la oxidación a altas temperaturas, con una influencia directa en la formación de la cascarilla y la termo-coloración (en los inoxidable dúplex el decapado será más difícil). La presencia de molibdeno ayuda al cromo a mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras. Éste, al igual que el cromo, es formador de ferrita pero tiene tendencia a formar fases inter-metálicas perjudiciales, por lo que su presencia se limita a menos del 7.5% en las distintas aleaciones.

Cr:

FORMACIÓN DE LA CAPA PASIVA - OXIDO DE CROMOMayor contenido de cromo, mayor resistencia a la corrosión.Favorece la formación de ferrita.Resistencia a la oxidación a altas temperaturas: influencia en la formación de la cascarilla y la termocoloración (en los inoxidable dúplex el decapado será más difícil).

Mo:

Ayuda al cromo a mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras.Al igual que el cromo es formador de ferrita pero tiene tendencia a formar fases intermetálicas perjudiciales, por lo que su presencia se limita a menos de 7.5%

N:

Aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y por los intersticios.Aumenta la resistencia mecánica, mejor tenacidad.Favorece la formación de austenita.

Ni:

Estabilizador de la austenita, promueve el cambio de la estructura cristalina ferrita a austenita, por lo que favorece la tenacidad en los inoxidables austeníticos y dúplex.

El nitrógeno aumenta la resistencia a la corrosión por picaduras y por los intersticios. Aumenta también la resistencia mecánica con una mejor tenacidad pues favorece la formación de austenita. El níquel es un estabilizador de la austenita, promueve el cambio de la estructura cristalina ferrita a austenita, por lo que favorece la tenacidad en los inoxidables austeníticos y dúplex. La aleación de hierro-carbono dependiendo de las diferentes fases de formación, presenta diferentes geometrías cristalinas: cementita, perlita, vainita, ledeburita y las tres aplicables al acero inoxidable: ferrita, austeníta y martensita.

SEGÚN LA GEOMETRIA CRISTALINA

FERRITAMÁS DÚCTIL – MENOR RESISTENCIA A LA CORROSIÓN POR PICADURA

AUSTENITAMÁS TENAZ – MAYOR RESISTENCIA A LA PICADURA

MARTENSITAMAYOR DUREZA – BAJO CONTENIDO EN Cr

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La ferrita es una solución sólida de carbono en hierro alfa. Es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC red cúbica centrada en el cuerpo. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Magnético. La austenita el constituyente más denso de los aceros, formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La austenita está formada por cristales cúbicos de hierro gamma con los átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro FCC. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 175 a 250 Kg/mm2 y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.

La austenita debido a su configuración y los elementos de la aleación que aseguran su mantenimiento, sumado a la máxima presencia de cromo, favorece la efectividad de la capa pasiva, por lo que la protección anticorrosiva en general será mayor.

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Tabla comparativa de aceros inoxidables

Tabla comparativa de aceros inoxidables

Distinguimos diferentes tipos o grados comerciales: Austeníticos: cuya estructura principal es la austenita, utilizados por su alta resistencia a la corrosión pero de difícil mecanización. Son amagnéticos. Ferríticos: la estructuta principal es la ferrita, de más fácil conformación y mecanización pero menor resistencia a la corrosión. Magnéticos. Martensíticos: de estructura martensita, dan una mayor dureza, pero con resistencia a la corrosión baja. Magnéticos. Dúplex: combinación de estructura ferrita y austenita, reducción del peso, gran resistencia a la corrosión por picadura (cloruros). PH (Precipitation Hardening): se forman partiendo de los aceros anteriores con adición de Al, Ti, Mo y Cu y sufriendo un proceso de precipitación. Se utilizan en aplicaciones muy específicas, sobre todo aeronáuticas, cuando se precisan altas prestaciones, como alternativa a las aleaciones de titanio a temperaturas de trabajo de hasta 550ºC.

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Podemos apreciar en la tabla la diferencia de contenido en cromo, nitrógeno, níquel y molibdeno entre las distintas aleaciones máss comunes de uso

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La fabricación

Durante todos los procesos de fabricación, los materiales de acero inoxidable sufrirán alteraciones que pueden cambiar las características iniciales. Amagneticos que se volverán magnéticos, aparecerán coloraciones, marcas, cambios que en la mayoría de ocasiones alteran las características del metal y disminuyen considerablemente su resistencia a la corrosión.

ConformadoCorte SoldaduraFresadoMecanizadoPunzonadoPulido…

Los factores que provocarán la disminución de la protección anticorrosiva tanto a nivel estructural como superficial son diversos:

La temperatura (soladuras, cortes, plegados…):Cambios en la geometría (aumento de la ferrita en austeníticos), alteración y disminución de la presencia de cromo y a la postre la capa pasiva

Modificación de la superficie:Formación de cavidades, aristas que pueden generar cavitaciones y a la postre corrosión por par galvánico, o simplemente zonas de acumulación de contaminantes.

Contaminación superficial:Aunque se intente trabajar en condiciones de no contaminantes (hierro, vapores ácidos, pastas de pulir, …) es imposible garantizar la deposición de estos en la superficie de las piezas fabricadas.

Diseño deficiente

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factores que desencadenan la APARICIÓN DE ÓXIDO

TIPOS DE CORROSIÓNGALVÁNICA: debido a una diferencia de potencial entre dos metales en contacto, una catódico inalterable y otro anódico

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POR CONTACTO: la deposición de hierro o productos corrosivos sobre la superficie del acero inoxidable provocará la oxidación de éste, con la consiguiente contaminación del inoxidable.

Rozaduras con herramientas o piezas de hierro o acero

Proyecciones de procesos de fabricación adyacentes

Productos o vapores altamente corrosivos (en el ambiente en zonas ácidas, productos de limpieza desengrasantes o decapantes no eliminados, …)

POR PICADURA (PITTING): corrosión iniciada en pequeñas cavidades o poros del metal o inclusiones no-metálicas que se propaga por reacción electroquímica (el inoxidable ejercerá de ánodo), reacción incrementada por la temperatura y la presencia de iones de cloro.

El número PREN (Pitting ResistanceEquivalent Number) es un valor de referencia que compara la resistencia al pitting entre los diferentes grados de inoxidable obtenido por la fórmula que Relaciona el contenido en Cr, Mo y N:

PREN= Cr + 3.3 Mo + 16 N

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INTERGRANULAR: el tratamiento térmico inadecuado puede producir retículas de carburos. Un recocido o la presencia de Ti , lo evitan.

POR GRIETAS: la combinación de grietas intergranulares + la picadura por cloruros.

POR STRESS o FATIGA: similar a lo anterior la combinación de factores ambientales (cloruros, temperatura elevada) y el stress del material, de la picadura inicial se propaga a nivel intergranular formando grietas en el material.

Para intentar minimizar todos estos procesos corrosivos y asegurar que el producto que suministramos tenga las máximas garantías anticorrosivas es necesario e imprescindible un procedimiento adecuado de limpieza y mantenimiento de la pieza fabricada.

LIMPIEZA: OPERACIONES NECESARIAS PARA ASEGURAR LA ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTESY GARANTIZAR LA CORRECTA FORMACIÓN DE LA CAPA PASIVA DEL ACERO INOXIDABLE

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LIMPIEZA, DECAPADO Y PASIVADO – NORMATIVA APLICABLE

•ASTM (American Society for Testing Materials)

A380, A967, B912-02

•AMS (SAE INTERNATIONAL: Society of Automotive Engineers)

AMS 2700C (sustituye a la AMS QQ-P-35)

• EN ISO

EN ISO 2516, ISO 15730

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LIMPIEZA, DECAPADO Y PASIVADO – PROCEDIMIENTO TIPO

1. DISEÑO2. PRELIMPIEZADisolventes , restos sólidos3. DESINCRUSTACIÓN - ESMERILADO (CALAMINA…)Proceso mecánico4. DESENGRASEDesengrasantes alcalinos o ácidos, mecánicos, vapor, ultrasonidos5. DECAPADODecapantes ácidos, electrolíticos6. CONTROLES DE LIMPIEZA – DESCONTAMINACIÓNVisual, test ferroxyl, sulfato de cobre7. PASIVADOPasivantes

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2. LIMPIEZA PREVIA

Eliminar materiales sólidos, polvo, pinturas, adhesivos.

Debemos tener muy presente que para realizar una correcta pasivación en toda la pieza por igual, es imprescindible que la capa de metal esté libre de cualquier tipo de producto o partícula que impediría la oxidación del cromo y la no generación de la capa pasiva en ese punto determinado y por lo tanto susceptible de la aparición de óxido.

Productos utilizados: cepillos, abrasivos sin fibras metálicas de hierro, disolventes o productos en general no clorados.

3. DESINCRUSTACIÓN MECANICA

Es importante, como indicábamos en el punto anterior, la limpieza, por lo que puede haber zonas, especialmente cordones de soldadura que por la aportación y el proceso de fabricación, se haya generado calaminas o incrustaciones que UN PROCESO QUÍMICO NO VA A ELIMINAR. Será necesario la acción mecánica, como por ejemplo un esmerilado, para arrancar las incrustaciones y asegurar la limpieza y pasivación posterior.

ESMERILADOARENADOPULIDO…

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4. DESENGRASEDesengrasantes alcalinos o ácidos, mecánicos, vapor, ultrasonidos

Un paso esencial es el eliminar grasas y pastas de pulir, pues la oxidación química forzada por los pasivantes solo es posible sobre el metal (o sea el Cr contenido) limpio.

La utilización de los productos estará en función de la suciedad, geometria y características del material tratado:

Procesos con ultrasonidosProductos base alcoholDesengrasantes alcalinosDesengrasantes ácidos (con fosfórico añadido facilita también la desoxidación)

5. DECAPADO

El decapado es la eliminación de una fina capa de metal de la superficie del acero inoxidable , con lo cual aseguramos la eliminación de posibles contaminantes presentes en la superficie y dejamos expuesta una capa de metal original, preparado para su pasivación.

En este proceso se eliminan las marcas de termosoldadura y en función de la exposición de los productos utilizados queda una superficie gris satinada consecuencia de la eliminación de metal.

Es importante enfatizar, que el decapado no garantiza un acabado homogéneo, y marcas, rozaduras, golpes de amoladora, no se eliminaran.

El producto habitual es una mezcla de ácido nítrico y fluorhídrico, aunque hoy en día existen productos sin fluorhidrico o se pueden utilizar procesos y máq1uinas electrolíticas, principalmente para los cordones de soldadura.

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• Modo de aplicación:

En función de la geometría, tipo de pieza o características generales (lugar, contaminación u oxidación del elemento que queremos decapar) existen varias opciones, pero en general los productos decapantes se comercializan en 3 tipos de presentacion:

•Pasta Uso con brocha pincel. Más denso, no gotea, pero marca en exceso.•GelUso por aspersión (ideal aplicación con bomba neumática o pulverizador) superficie de aplicación homogénea, no gotea.•LíquidoIdeal para recirculaciones o sumergir piezas en tanques de ácido .

Los tiempos de exposición dependerán del estado de las superficies, el producto, la temperatura…IMPORTANTE PARA EVITAR MARCAS FINALES LA NO SOBREEXPOSICIÓN Y SECADO DEL PRODUCTO Y ELIMINAR TOTALMENTE EL ÁCIDO DE LA SUPERFICIE TRATADA

PASTA, producto muy denso, aplicación con pincel, cepillo…ideal para cordón de soldadura o áreas pequeñas.

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GEL, producto denso, aplicación con pincel, cepillo o principalmente por pulverización, que permite gran uniformidad en el acabado final, ideal para tratar grandes áreas de metal.

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Recomendación de aplicación: •de la zona inferior a la superior•protección EPIs•aplicación mediante bomba neumática en lugar de pulverizador manual

Existen condiciones de trabajo que precisarán de soluciones de lavado particularizadas, por lo que deberemos valorar como aplicamos el proceso de lavado y retirada del ácido así como la recogida del residuo generado

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INMERSIÓN - RECIRCULACIÓN, producto líquido, aplicación con pincel, cepillo o por pulverización, principalmente por inmersión en tanques llenos de ácido, recirculando el producto en circuitos. Garantiza el contacto del producto en todas las áreas que se quiere tratar.

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6. CONTROLES DE LIMPIEZA – DESCONTAMINACIÓN

Es aconsejable realizar el control de la superficie tratada para garantizar la efectividad del pasivado final. Realizar un chequeo visual: uniformidad, residuos ácidos, eliminación de marcas de termosoldadura u óxido. La comprobación del Ph de la superficie nos dará un valor real de la eliminación del ácido. Verificar la descontaminación mediante los test propuestos en las normativas internacionales, nos ofrece la seguridad del éxito del proceso.

Tipos de inspección:•Macro:oVisualoFrotar con un paño…oObservación de residuos

•Comprobación superficie libre de hierro:oTest de alta humedadoTest del sulfato de cobreoInspección con luz negra

oTest del Ferroxyl

Test del Ferroxyl:

Agua destilada : 1000 cm3HNO3 80-87%: 20 cm3Ferrocianuro potásico: 30 gr

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7. PASIVADO:

Generación de la capa pasiva en la superficie del acero inoxidable, formada principalmente por óxido de cromo que no reacciona (se mantiene pasiva) frente al oxigeno del ambiente.

Obtención de la capa pasiva mediante:

1. HNO32. CÍTRICO3. H2O24. H2SO45. O2-ambiente

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

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TIPOS NOMBREDIFERENCIAS COMPOSICIÓN QUÍMICA (%)* PROPIEDADES DECAPADO S/NORMA ASTM

A380PASIVADO S/NORMA ASTM

A967-AMS2700C-QQ-P-35

C Cr Ni Mo Altres RESISTÈNCIA A LA CORROSIÓN DUREZA HV SOLDABILIDA

D MAGNÉTICO TIPO y % TIEMPO ºc TIPO y % TIEMPO ºc

AUSTENÍTICO

202 (AISI)<0,15 17-19

4-6 0 Buena 241 MUY BUENA NO

HNO315-25% + HF 1-8%

mínimo 30' 21-60

HNO325-45% minimo 30' 21-32

303 (AISI)

<0,10 17-19 8-10 0 Cu / S:0,15-0,30 Buena MUY BUENA NO HNO310-15% + HF 0,5-1%

mínimo 30'

precaución

21-60HNO320-25% +Na2Cr2O7, 2H2O 3%

minimo 20 a 30' 21-54

304 (AISI)<0,07 17-19,5 8-10,5 0 Muy Buena 149 MUY BUENA NO HNO315-25%

+ HF 1-8%mínimo

30' 21-60HNO325-45% minimo 30' 21-32

316 (AISI)<0,07 16,5-

18,5 10-13 2-2,5 Excelente 149 MUY BUENA NO HNO315-25% + HF 1-8%

mínimo 30' 21-60

HNO325-45% minimo 30' 21-32

316L (AISI)<0,03 16,5-

18,5 10-13 2,25 Excelente 149 MUY BUENA NO HNO315-25% + HF 1-8%

mínimo 30' 21-60

HNO325-45% minimo 30' 21-32

904 (AISI)<0,02 19-21 24-26 4-5 Cu: 1,2-2 Excelente 192 MUY BUENA NO HNO315-25%

+ HF 1-8%mínimo

30' 21-60HNO325-45% minimo 30' 21-32

DUPLEX -SUPERDÚPLEX

2205 (UNS)<0,03 21-23 4,5-6,5 2,5-3,5 Excelente(Cl / S) 293 EXCELENTE NO HNO315-25%

+ HF 1-8%mínimo

30' 21-60HNO325-45% minimo 30' 21-32

2304 (UNS)<0,03 22-24 3,5-5,5 0,1-0,6 Cu: 0,1-0,6 Excelente(Cl / S) 290 EXCELENTE NO HNO315-25%

+ HF 1-8%mínimo

30' 21-60HNO325-45% minimo 30' 21-32

2550 (UNS)<0,03 24-26 5,5-7,5 2,7-4 Cu: 1-2,5 Excelente(Cl / S) 302 EXCELENTE NO HNO315-25%

+ HF 1-8%mínimo

30' 21-60HNO325-45% minimo 30' 21-32

2750 (UNS)<0,03 24-26 6-8 3-4,5 Excelente(Cl / S) 310 EXCELENTE NO HNO315-25%

+ HF 1-8%mínimo

30' 21-60HNO325-45% minimo 30' 21-32

FERRÍTICO 405 (AISI)

<0,08 12-14 0 0 Al: 0,1-0,3 Mala 150 LIMITADA SI HNO310-15% + HF 0,5-1%

mínimo 30'

precaución

21-60

HNO345-55% minimo 30' 49-54

446 (AISI)0,15-0,2 26-29 0 0 Mala 84 LIMITADA SI HNO315-25%

+ HF 1-8%mínimo

30' 21-60HNO320-25% minimo 20' 49-60

MARTENSÍTICO

420 (AISI) A

0,16-0,25 12-14 0 0 Baja 225 POBRE SI

HNO310-15% + HF 0,5-1%

mínimo 30'

precaución

21-60HNO320-25% +Na2Cr2O7, 2H2O 3%

minimo 10 a 30' 21-68

PH

630 (AISI)

<0,07 15-17 3-5 <0,06 Cu: 3-5/ Nb<0,45 92 HNO310-15% + HF 0,5-1%

mínimo 30'

precaución

21-60HNO320-25% +Na2Cr2O7, 2H2O 3%

minimo 10 a 30' 21-54

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•CONTROL DE LA CAPA PASIVA

No hay un método descrito para la comprobación de la capa pasiva , a nivel práctico en las diferentes normativas, se mide la descontaminación pero no la capa pasiva. Solo es posible a traves de la medición de la diferencia de potencial entre el acero inxoidablebase y la capa de óxidos de cromo. Hay medidores en el mercado que pueden verificar la presencia de la capa pasiva.

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•Métodos de aplicación: pincel, pulverización, inmersión, recirculación, …mismos métodos que con el decapado, pero los productos comerciales del mercado son líquidos y no geles o pastas.

Existen productos en el mercado que reparan y pasivan los elementos de acero inoxidable respetando el acabado superficial

antes

después

Pieza pulida aparecen puntos de oxidación

Aplicación del producto desoxidante - pasivante

Pieza reparada

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Referencias:

•A corrosion management and applications engineering magazine from Outokumpu Stainless – 4-2004•Manual del Decapado y pasivado del acero inoxidable AUJOR•ASTM A380 - Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems1•Module 03 Corrosion_Resistance of Stainless Steels•Practical Guidelines for the Fabrication of Duplex Stainless Steels Spanish version IMOA•Avesta Chemicals: Pickling Handbook•Pickling and Passivating of stainless steel EURO INOX•Walter Surface Technologies boletín información