Sensibilización y decaimiento por soldadura en acero inoxidable es una forma de degradación de los límites de grano en la que el acero inoxidable austenítico, mantenido o enfriado lentamente a través de aproximadamente 425 a 815 grados Celsius
precipita carburos ricos en cromo en sus límites de grano, agota el metal adyacente de cromo y se vuelve localmente susceptible a la corrosión intergranular. Cuando esto ocurre en una banda de la zona afectada por el calor (HAZ) junto a una soldadura, el ataque resultante se denomina decaimiento por soldadura.
Los aceros austeníticos como los grados 304 y 316 resisten la corrosión porque el cromo en solución sólida forma una película de óxido pasiva. Esa protección depende de mantener aproximadamente entre 10,5 y 12 por ciento de cromo en solución en cada punto.
El carbono tiene muy baja solubilidad en la austenita a temperaturas intermedias, por lo que cuando el acero permanece en el intervalo sensibilizante, el carbono y el cromo se combinan como carburos M23C6 (predominantemente Cr23C6) en los límites de grano.
El cromo difunde mucho más lentamente que el carbono, por lo que una zona estrecha que flanquea cada límite queda drenada de cromo, a veces por debajo del umbral de pasivación. El interior macroscópico del grano se mantiene protegido; el límite empobrecido no.
Una sola pasada de soldadura impone un gradiente térmico completo en la placa circundante. Directamente en la línea de fusión el metal está fundido o por encima del solvus de los carburos, por lo que no sobreviven carburos.
A poca distancia la temperatura máxima cae exactamente dentro de la ventana de 425 a 815 °C y permanece allí el tiempo suficiente durante el enfriamiento para precipitar carburos.
Por eso el decaimiento por soldadura aparece como una o dos líneas paralelas a la soldadura, desplazadas unos pocos milímetros a cada lado, en lugar de en el metal de la soldadura en sí.
La cantidad y la velocidad de precipitación de carburos aumentan con el contenido de carbono. El 304 estándar (hasta 0,08% de carbono) se sensibiliza con facilidad; el efecto es mucho más débil por debajo de aproximadamente 0,03%. El tiempo de exposición también importa: la precipitación de carburos es más rápida cerca de 650 °C, donde la sensibilización puede comenzar en cuestión de minutos, mientras que en los extremos del rango puede llevar horas. Las curvas tiempo-temperatura-sensibilización (TTS) para cada grado capturan este comportamiento en forma de C.
| Grado | Tipo | Carbono máx. (wt %) | Elemento estabilizador | Resistencia a la sensibilización |
|---|---|---|---|---|
| 304 | Austenítico estándar | 0,08 | Ninguno | Baja |
| 304L | Bajo en carbono | 0,03 | Ninguno | Buena |
| 316 | Austenítico estándar | 0,08 | Ninguno | Baja |
| 316L | Bajo en carbono | 0,03 | Ninguno | Buena |
| 321 | Estabilizado | 0,08 | Titanio (aprox. 5× C+N mín.) | Alta |
| 347 | Estabilizado | 0,08 | Niobio (aprox. 8, 10× C mín.) | Alta |
Tres vías previenen la sensibilización: eliminar el carbono, fijarlo con un formador de carburos más fuerte, o disolver los carburos después y enfriar lo bastante rápido como para mantenerlos disueltos.
| Método de prevención | Cómo funciona |
|---|---|
| Grados L de bajo carbono (304L, 316L) | El carbono se mantiene en o por debajo del 0,03%, por lo que hay muy poco disponible para formar carburos significativos en los límites de grano durante la soldadura. |
| Grados estabilizados (321, 347) | El titanio o el niobio forman preferentemente TiC o NbC, consumiendo el carbono antes de que pueda unirse al cromo. |
| Recocido de solución | Calentar a aproximadamente 1040 a 1120 °C disuelve los carburos, seguido de un enfriamiento rápido para atrapar el carbono en solución. |
| Baja entrada de calor y enfriamiento rápido | Reduce el tiempo de permanencia en el intervalo de 425 a 815 °C, limitando la precipitación de carburos. |
Los grados estabilizados no son inmunes. En soldaduras de múltiples pasadas, el metal inmediatamente junto a la línea de fusión puede calentarse lo suficiente (por encima de aproximadamente 1200 °C) para que los carburos estabilizadores (TiC, NbC) se disuelvan y liberen carbono de nuevo en solución.
Si una pasada posterior o una exposición en servicio recalienta esa misma banda estrecha dentro del rango sensibilizante, entonces precipitan carburos de cromo. El resultado es una línea muy fina y claramente definida de ataque intergranular justo en el borde de la soldadura, conocida como ataque en línea de cuchillo.
Un recocido estabilizador posterior a la soldadura cercano a 900 °C reprecipita los carburos de titanio o niobio y restaura la resistencia.
La sensibilización se confirma mediante ensayos normalizados de corrosión intergranular: ASTM A262 (prácticas A a F, incluidas la prueba de ataque con ácido oxálico y la prueba Strauss de cobre, sulfato de cobre) y EN ISO 3651. La reactivación potenciocinética electroquímica (EPR) proporciona una medida cuantitativa y casi no destructiva.
Más allá del decaimiento visible, los límites sensibilizados también aumentan la susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión en presencia de cloruros y pueden actuar como sitios de iniciación para la corrosión por picaduras .
Debido a que la falla está determinada por la composición, verificar que el material instalado coincida con el grado L o estabilizado especificado mediante identificación positiva de materiales protege contra errores por mezcla de lotes.
La sensibilización es tanto un problema de registros como metalúrgico: conocer los procedimientos de soldadura, los tratamientos térmicos y los certificados de material para cada circuito susceptible. Fabrico le permite adjuntar grados de material, mapas de soldadura y resultados de inspección a cada activo para que las inspecciones recurrentes de la HAZ queden programadas y trazables. Reserve una demo de Fabrico para ver cómo se mantiene ese historial.
Casi siempre en el metal base, dentro de la zona afectada por el calor a unos pocos milímetros de la línea de fusión, donde la temperatura máxima entra en el rango sensibilizante de 425 a 815 °C. El metal de la soldadura y la propia línea de fusión alcanzan temperaturas demasiado altas como para retener carburos.
Los grados ferríticos pueden sensibilizarse, pero a temperaturas más altas y en tiempos mucho más cortos porque el cromo difunde más rápido, por lo que un bajo contenido de intersticiales es la principal defensa. Los grados dúplex resisten mejor el decaimiento clásico por soldadura pero tienen sus propias preocupaciones de precipitación, como la fase sigma a temperaturas elevadas.
Sí, si la geometría y el equipo lo permiten. Un recocido de solución completo cerca de 1040 a 1120 °C seguido de un enfriamiento rápido disuelve los carburos de cromo y restaura la resistencia a la corrosión. Esto suele ser impracticable para grandes conjuntos fabricados, por lo que la selección del grado se prefiere frente a la remediación.
No siempre. Los grados L ofrecen la protección más sencilla para servicio soldado hasta temperaturas moderadas. Los grados estabilizados como 321 y 347 mantienen el carbono ligado durante servicio prolongado a altas temperaturas donde incluso el acero de bajo carbono podría eventualmente sensibilizarse, por lo que la elección depende de la temperatura de operación.
Iniciar sesión
Blog
