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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA Y
CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN
REPORTE DE LABORATORIO
Hoja 1 de 7
FECHA: 08-01-2014
1 FIMP-03913
RESUMEN:
En esta práctica se analizó un acero inoxidable que fue aplicado en la tubería de una petrolera donde
esta tubería transporta crudo pesado precalentado para que el flujo sea continuo, esta tubería estaba
al contacto con el calor, por lo cual se presume que la tubería haya fallado por la difusión de
carbono en la estructura del acero lo cual formo una costra de herrumbre en la parte interior de esta.
En este ensayo se intenta simular el estado de funcionamiento de la tubería, para esto se colocó
carbono vegetal en una caja de cementacion con el acero inoxidable y uno sin caja, para comparar
cual era la falla más representativa, cada uno con diferentes tiempos de exposición a una
temperatura superior a los 980˚C.
OBJETIVOS:
Comparar el comportamiento de la
difusión del carbono en una
estructura de un acero inoxidable y
sin carbono.
Identificar los daños que produce el
carbono sobre una tubería de acero
inoxidable (especial).
Analizar el comportamiento del
material en este medio combinado.
MARCO TEÓRICO:
En el proceso de transportación del crudo
pesado se utiliza tubería por lo general un
acero API 5L, y esta ocasión es un acero
inoxidable 309.
La resistencia a la oxidación, o scaling,
depende del contenido de Cromo de la
aleación cromo-hierro, como se muestra en la
Fig.1. La mayoría de los aceros austeníticos,
con contenido de cromo de por lo menos
18%, pueden ser usados a temperaturas de
Alumno: Richard Villón Barona GRUPO:
Materia: TRATAMIENTOS TÉRMICOS 1
Laboratorio: Procesos metalúrgicos PARALELO:
Nombre de la práctica: Análisis de falla de una tubería de acero inoxidables. 1
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hasta aproximadamente 870ºC y grados como
el 309 y 310 incluso a mayores temperaturas.
La mayoría de los aceros martensíticos y
ferríticos tienen menores resistencias a la
oxidación y por lo tanto resisten menores
temperaturas de operación. Una excepción a
esto es el grado ferrítico 446 con
aproximadamente 24% de Cromo, el cual
puede ser usado para resistir el Scaling a
temperaturas de hasta 1100 ºC.
DESCRIPCIÓN DEL
BANCO DE PRUEBA:
Se contó con un horno de crisol alimentado a
gas, que se encuentra conectado con una
chimenea donde viajan los gases perjudiciales
o quemados. Posee un ventilador que ayuda
aumentar la combustión (aumenta la
temperatura del horno).
También se elaboró una caja para aplicar
carbono a la probeta de acero inoxidable que
estaba construida con planchas de zinc y
dentro de esta con carbón vegetal y la pieza a
probar y otro juego de probetas que se
encuentran sin carbón vegetal, las cuales
fueron expuestas a una temperatura de
aproximadamente 1000 ºC. Las probetas son
enfriadas en aire a temperatura ambiente.
MATERIALES Y EQUIPOS
UTILIZADOS:
Probetas de acero inoxidables 309
Planchas de zinc
Horno de crisol a gas.
Carbón vegetal.
Lijas #100, #220, #320, #400, #600,
#1000, #1200 y #1500.
Polvo de Alúmina 0,05 micrones
Paño para pulido fino
Agua destilada
Nital al 2%
Resina Epóxica.
Guantes y gafas de protección.
Pinzas.
Alicate
Microscopio electrónico
PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL:
Primero se preparan las probetas de aceros
inoxidables de un muestra tomada de un
ducto de crudo pesado expuesto al calor,
luego se trituraba carbón vegetal hasta un
punto donde era totalmente polvo para que se
pueda difundir en las estructuras de los
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metales estudiados, después se procedió a
realizar una cajita de cementacion con unas
planchas de acero galvanizado en caliente,
dentro de estas cajitas se coloca cada probeta
y también el carbón vegetal triturado, otras
probetas del mismo material se colocan
dentro del crisol en el horno sin nada de
carbono, todas estas probetas están expuestas
a una temperatura de 980˚C.
Extraemos las primeras probetas después de
haber llegado a la temperatura de 985 ºC. y
esperado 15 minutos para que empiece a
difundirse el carbono en las estructuras, cada
grupo consistió en un par de probetas de
acero una con caja de carburación y otra sin
caja respectivamente, el medio de
enfriamiento es aire ambiente; luego de cada
15 minutos cada grupo extraía un par de
probetas para observar como el carbono se
difundía en la estructura del acero y en la otra
para observar si existía precipitación de los
átomos de cromo lo cual provoca que el acero
se corroa mucho más rápido, ya que el crudo
pesado está mezclado con agua del mar.
Luego se realizó un prueba metalográfica
para analizar cómo se difundió el carbono en
las diferentes estructuras y tiempos de
difusión, también se analiza la probeta sin
carbono para si existe la precipitación de
carbono. Todas las probetas deben ser
colocadas en resina Epóxica para su facilidad
de pulido y poder analizar los bordes
posiblemente donde exista posiblemente la
difusión del carbono.
Luego de esto se procedió a meterla en la
cámara salina donde se simula la corrosión de
la tubería por un tiempo de dos días.
PRESENTACIÓN DE
TABLAS DE DATOS
La tabla de resultados se muestra en la sección
Anexos con las metalografías respectivas.
ANÁLISIS DE
RESULTADOS
Se presenta un acero inoxidable, que fue una
solución para un corto tiempo el cual fallo
debido a que no fue sometido un ensayo de
esfuerzo térmicos y tampoco a un ensayo de
difusión del carbono debido al transporte del
crudo, se presume que el acero inoxidable
utilizado es un acero austenítico 309 a que
son más resistentes a la corrosión y a altas
temperaturas.
Se simula un ensayo de calentamiento con
carbono, como si fuese a cementar a un acero
inoxidable, para observar como es afectado
por este. Fig. #1. Se puede observar que no
existe cambio por difusión de carbono en la
estructura original, pero si presenta ligeros
cambios como zonas más obscuras por este.
También presenta ferrita por la temperatura y
condiciones presentadas. Fig. #2. Se puede
observar que existe cambio con la estructura
original, ya que estar 15 min en el horno no
es suficiente para observar la difusión del
carbono en la estructura pero se nota que
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existe ferrita debido al calentamiento a más
980 ˚C.
En la Fig. # 3. Se observa que hay difusión
de carbono en los bordes del metal debido al
tiempo de difusión de 30 min en la caja de
cementacion, estructura del metal permanece
casi intacta pero por estar en más de 980˚ C,
y enfriamiento en aire este presenta ferrita en
su estructura.
Fig. #4. Se observa que empieza a cambiar
ligeramente su estructura austenítico a
perlítica lo cual lo vuelve un poco magnético.
En la Fig. #5 se observa que hay difusión
leve pero apreciable.
En la fig. #6 se nota claramente como el
carbono esta difundido en la matriz del acero
inoxidable, al suceder esto las propiedades de
inoxidables del acero empiezan a perderse
porque empiezan a formarse carburos de
cromo, y con la salinidad del petróleo se
corroe mucho más rápido.
En la fig. #7 se observa un ligero cambio en
la matriz del material debido a que este
material puede ser sometido altas
temperaturas sin presentar casi ningún
cambio.
RECOMENDACIONES
Envolver las probetas en alambre para una
mejor manipulación.
Triturar lo mejor posible el carbón vegetal
y mezclar el carbonato de calcio hasta
observar homogeneidad.
Respetar los tiempos de extracción del
material.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS/
FUENTES DE
INFORMACIÓN
Metalografía y Tratamientos térmicos,
Cementación, UTN.
Norma API 5L, Construcción de
tuberías.
ASM Handbook, Heat Treating.
http://biblioteca.sena.edu.co/exlibris/
aleph/u21_1/alephe/www_f_spa/icon
/45896/Informador36/paginas/articul
o01/edi36_articulo01_pag01_img.ht
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ANEXOS
Probeta
Tiempo y
condiciones
del ensayo
Microestructura
FIG. #1
15 min, sin
caja de
cementacion,
FIG. #2
15 min, con
caja de
cementacion
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FIG. #3
30 min, sin
caja de
cementacion
FIG. #4
30 min, con
caja de
cementacion
FIG. #5
45 min, con
caja de
cementacion
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FIG. #6
60 min, con
caja de
cementacion
FIG. #7
60 min, sin
caja de
cementacion