Tesis

El contenido de níquel en los aceros de baja aleación (Low Alloy Steels, LASs) está limitado a un valor máximo de 1% p/p Ni desde 1975 de acuerdo a la norma NACE MR0175/ISO 15156 para su utilización en la industria de producción de gas y petróleo (Oil & Gas, O&G). Esta restricción se impone con el fin de evitar la corrosión (o fisuración) bajo tensión en medios agrios, o con H₂S, (Sulfide Stress Cracking, SSC) en LASs. El SSC se acepta como un caso particular de fragilización por hidrógeno y representa una de las principales amenazas a la integridad de componentes de industrias del O&G. La ocurrencia de este fenómeno depende de la severidad del medio, del estado de tensiones y de la microestructura del componente, en especial, de la ausencia de fases duras y frágiles. Más allá de la restricción mencionada, basada en ensayos realizados entre 1960 y 1970, el Ni aumenta la tenacidad y la resistencia mecánica  e incluso disminuye la temperatura de transición dúctil frágil de los LASs sin penalizar su soldabilidad. Estas características lo transforman en un elemento aleante deseado en vistas de las condiciones cada vez más extremas (presiones mayores a 103 MPa y temperaturas entre –60 y 177ºC) que implican la exploración y producción de O&G. Sin embargo, el Ni disminuye la temperatura crítica Ac1 al ser un estabilizador del campo austenítico por lo que la presencia de martensita sin revenir en la microestructura final puede resultar inadvertida en caso de revenidos a altas temperaturas para reducir la dureza final por debajo de 22 HRC, según la norma.

El objetivo de esta tesis es la evaluación el efecto del Ni, independientemente del de otros aleantes, en la SSC abordando por separado la influencia de dicho elemento en la cinética de reacción anódica y catódica como así también su rol en la difusión y atrapamiento de hidrógeno, en presencia y ausencia de cargas mecánicas aplicadas. Se utilizaron aceros de laboratorio en los que únicamente se varió el contenido de Ni entre 0 y 5%, templados y revenidos teniendo en cuenta la influencia del %Ni en Ac1. Se obtuvo una microestructura final cercana a 100% de martensita revenida con propiedades mecánicas similares entre sí. Se concluyó que en el medio agrio simulado utilizado y al potencial de circuito abierto, el níquel promueve la formación de una capa de sulfuros de hierro y de níquel responsable de reducir la cinética anódica. En presencia de cargas mecánicas aplicadas el níquel favorece la formación de trincheras superficiales, una forma particular de picaduras profundas, asistidas por disolución anódica y deformación plástica, en cuya punta pueden nuclear y propagar fisuras asistidas por hidrógeno absorbido en el acero ayudado por el H₂S, que inhibe la recombinación a H₂. Se determinó que la tensión umbral a partir de la cual se forman dichas trincheras depende del %Ni y se encuentra por debajo de la tensión de fluencia. Respecto a su interacción con el hidrógeno, se observó que el níquel retarda la difusión de hidrógeno sin repercutir sustancialmente sobre su solubilidad y que no promueve el atrapamiento irreversible en los aceros estudiados.

Palabras clave: sulfide stress cracking, aceros de baja aleación, níquel, fragilización por hidrógeno, corrosión, permeación de hidrógeno, tiosulfato.