Material de acero al carbono para aplicaciones de corrosión por sulfuro de hidrógeno

Sulfuro de hidrógeno H₂S es un compuesto inorgánico que es incoloro, inflamable, soluble en agua gas ácido, la corrosión por sulfuro de hidrógeno se refiere a la tubería de petróleo y gas que contiene una cierta concentración de sulfuro de hidrógeno (H2S) y la corrosión del agua. El H₂S se disuelve en el agua y se vuelve ácido, lo que provoca corrosión electroquímica y picaduras y perforaciones locales en las tuberías. Los átomos de hidrógeno generados en el proceso de corrosión son absorbidos por el acero y se enriquecen en los defectos metalúrgicos de la tubería, lo que puede provocar la fragilización del acero y el inicio de grietas, dando lugar a fisuras. Las tuberías y los equipos de los yacimientos de petróleo y gas ácidos que contienen H₂S han aparecido muchas veces desgarros repentinos o fracturas frágiles, agrietamiento de la zona de soldadura y otros accidentes, que están causados principalmente por el agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) y el agrietamiento por tensión de sulfuro (SSC).

Los factores que afectan a la corrosión del H₂S incluyen la concentración de sulfuro de hidrógeno, el valor PH, la temperatura, el caudal, la concentración de dióxido de carbono y de iones cloruro (C1-), etc. Se constituye un ambiente húmedo de corrosión bajo tensión por sulfuro de hidrógeno si se cumplen las siguientes condiciones:

• La temperatura del medio no es superior a 60+2P ℃, P es la presión manométrica del medio (MPa);
• B la presión parcial de sulfuro de hidrógeno no es inferior a 0,35mpa;
• El medio contiene agua o la temperatura del medio es inferior a la temperatura del punto de rocío del agua;
• Medio con PH inferior a 9 o cianuro.

Los resultados muestran que para el acero aleado cuando la resistencia o la dureza del acero es la misma, la microestructura de distribución uniforme de pequeños carburos esféricos puede obtenerse mediante el revenido a alta temperatura después del temple, y la resistencia a la corrosión por H2S es mejor que después del revenido. La forma de las inclusiones también es importante, especialmente la de los MnS, ya que éstos son propensos a la deformación plástica a altas temperaturas, y la chapa de MnS formada por laminación en caliente no puede modificarse durante el tratamiento térmico posterior.

Los elementos Mn, Cr y Ni se añaden al acero al carbono para mejorar la templabilidad, especialmente el Ni. Generalmente se cree que el elemento Ni es beneficioso para la tenacidad del acero aleado, pero el sobrepotencial de reacción de evolución de hidrógeno del acero Ni es bajo, el ion hidrógeno es fácil de descargar y reducir para acelerar la precipitación de hidrógeno, por lo que la resistencia del acero Ni a la corrosión bajo tensión por sulfuro es pobre. En general, el acero al carbono y el acero aleado deben contener menos de 1% o nada de níquel. Elementos como Mo, V, Nb, etc. que forman carburos estables en el acero.

ISO 15156-2, ISO15156-3 o NACE MR0175-2003 han limitado las condiciones ambientales para evitar la aparición de corrosión bajo tensión. Si no se cumplen estas condiciones, se realizarán ensayos HIC y SSC y se cumplirán otras normas pertinentes. La norma MR-01-95 del Instituto Americano de la Corrosión (NACE) establece que, para evitar el agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro (SSCC), se utilizará acero ordinario (contenido de níquel inferior a 1%) con una dureza inferior a Rockwell HRC22 o acero al cromo-molibdeno templado con un contenido de níquel inferior a HRC 26.

Además, existen otras restricciones:

• Impurezas en el acero: azufre ≤ 0,002%, P≤0,008%, O≤ 0,002%.

• Dureza no superior a 22HRC, límite elástico inferior a 355MP, resistencia a la tracción inferior a 630MPa

• El contenido de carbono del acero debe reducirse tanto como sea posible bajo la condición de satisfacer las propiedades mecánicas de la placa de acero. Para acero de bajo contenido en carbono y acero al carbono-manganeso: CE≤0,43, CE=C+Mn/6; Para acero de baja aleación: CE≤045 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

Placa de acero：SA387 Gr11(HlC), SA387 Gr12(HlC), SA387 Gr22(HlC), SA516 Gr65(HlC), SA516 Gr70(HlC);

Tubos de acero: API 5CT H40, J55, L55, C75(1,2,3), L80(tipo 1), N80(tipo Q/T), C95(tipo Q/T), P105, P110 Q/T); API 5L grado A, grado B, X42X46, X52; ASTM A53, A106(A, B, C)

Tubos y placas de acero al carbono para aplicaciones de alta temperatura