CONAMET/SAM-SIMPOSIO MATERIA 2002

CORROSIÓN DE ACEROS DE BAJO CONTENIDO EN CARBONO EN MEDIOS CON DIÓXIDO DE CARBONO. INFLUENCIA DE LA MICROESTRUCTURA EN LA EFICIENCIA DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN Damián A. LÓPEZ, Susana R. de SÁNCHEZ y Silvia N. SIMISON División Corrosión. INTEMA. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Mar del Plata. Juan B. Justo 4302. (B7608FDQ) Mar del Plata.

RESUMEN Los costos derivados de problemas de corrosión en la producción de petróleo son muy elevados. Uno de los problemas más comunes es la corrosión en medios salinos con CO2 . El CO2 disuelto en presencia de una fase acuosa es corrosivo para las tuberías de aceros empleadas, siendo las velocidades de corrosión dependientes de la formación de una película superficial sobre el sustrato. El grado de protección puede ser afectado por factores como la temperatura, el pH, la concentración de CO2 y las características del material base (composición y microestructura). En la industria del petróleo habitualmente se adicionan inhibidores orgánicos a los fluidos de producción con el fin de reducir las fallas por problemas de corrosión. La eficiencia de los inhibidores también se ve afectada por las condiciones superficiales y la microestructura. Hasta el presente no existe una explicación general respecto a la influencia de la microestructura sobre la eficiencia de los inhibidores en corrosión por CO2 . El presente trabajo apunta a estudiar la corrosión de un acero al carbono en un medio salino desoxigenado saturado con CO2 , a pH 6 y 40 °C. Se propone avanzar en la investigación de los aspectos básicos relacionados con la interacción entre la microestructura, las películas superficiales y la eficiencia de los inhibidores. Por un lado se estudian las características de las películas superficiales obtenidas luego de 144 h de ensayo mediante técnicas ex-situ como SEM y XPS. Se utilizan además otras técnicas electroquímicas experimentales de aplicación in situ, tales como impedancia electroquímica y resistencia de polarización lineal, para caracterizar el comportamiento del material frente a la corrosión en las condiciones mencionadas. Como inhibidores se emplean bencimidazol y un compuesto comercial a base de imidazolinas Palabras claves: Corrosión, CO2 , películas superficiales, aceros, microestructura.

1. INTRODUCCIÓN La corrosión de aceros al carbono en medios con CO2 es una de las causas de falla más frecuentes en la producción de petróleo. El dióxido de carbono se disuelve en presencia de un medio acuoso generando ácido carbónico, que es corrosivo para los aceros al carbono. Como consecuencia directa de este proceso se obtiene una capa superficial compuesta por productos de corrosión, que está formada principalmente por carbonato de hierro (FeCO3 ) y que también contiene cementita (Fe3 C). La cementita presente originalmente en la aleación queda expuesta luego de la disolución preferencial de la ferrita (αFe)[1]. Como se sabe, dependiendo de la composición química y del proceso de fabricación, los aceros pueden tener distintas microestructuras[2]. Esto significa que los aceros pueden contener

diferentes componentes microestructurales (ferrita, perlita, bainita, martensita revenida), lo que no sólo modifica sus propiedades mecánicas sino también afecta su resistencia a la corrosión. Existe un gran número de trabajos científicos orientados a clarificar la influencia de los factores del medio de trabajo (temperatura, pH, concentración de CO2 ) y metalúrgicos (composición, microestructura) en el proceso de corrosión en medios acuosos conteniendo CO2 [3-7]. A pesar de la importancia tecnológica que representa, no hay un acuerdo generalizado acerca del mecanismo y de cómo influyen la microestructura y los tratamientos térmicos del material en el crecimiento y la estabilidad de la capa de FeCO3 . Crolet y col.[4] estudiaron el efecto de productos de corrosión conductores en la protectividad de las películas superficiales. Concluyeron que capas

corroídas con los mismos componentes sólidos pueden ser extremadamente protectoras, muy poco protectoras y hasta corrosivas dependiendo de la ubicación de dichos componentes. La adherencia de la capa de productos de corrosión ha sido relacionada con la presencia de carburos de hierro. Se propone que los carburos refuerzan esta capa y la fijan al metal base, por lo que el tamaño y la distribución de estos carburos (que además dependen del tratamiento térmico) son factores de gran importancia. Se ha reportado que aceros normalizados con una microestructura perlítica (cementita laminar) presentan una resistencia a la corrosión mucho mayor que la de aceros templados y revenidos con microestructura martensítica (cementita globular) y viceversa[5-7]. El uso de inhibidores es habitual en la industria petrolera con el fin de reducir los costos derivados de las fallas por corrosión por CO2 . Los inhibidores son sustancias que agregadas en pequeñas cantidades a un medio corrosivo disminuyen su agresividad, es decir, bajan la velocidad de corrosión de un metal en dicho medio. Sin embargo, en la mayoría de los casos el mecanismo de acción de los mismos se desconoce. Según Rosenfeld y col.[8], los inhibidores forman una barrera protectora entre el metal y el medio, incorporándose a la capa de productos de corrosión. French y col. [9] presentaron resultados de estudios de microscopía electrónica de barrido que muestran que los inhibidores alteran la estructura de los productos de corrosión y sugirieron que la estructura del inhibidor debe ajustar con la estructura cristalina de dichos productos de corrosión. Algunos inhibidores son efectivos cuando los productos de corrosión del acero son carbonatos o sulfuros de hierro pero no cuando se trata de óxidos. Trabajos realizados por Gulbrandsen y col.[10-12] mostraron que el grado de pre-corrosión afectaba el comportamiento de los inhibidores, disminuyendo la eficiencia a medida que aumenta el tiempo de contacto con la solución corrosiva previa al agregado del inhibidor. En el presente trabajo se emplean técnicas electroquímicas (resistencia de polarización, EIS) y de análisis de superficies (XPS, SEM) para caracterizar la influencia de la microestructura sobre el comportamiento frente a la corrosión y la eficiencia de los inhibidores. El uso de dichas técnicas para estudios de corrosión e inhibidores ha sido objeto de varias publicaciones[13-15].

2. EXPERIMENTAL Se empleó un acero al carbono con la siguiente composición química (% en peso): Mn, 0.99; C, 0.38; Si, 0.33; Cr, 0.17; Cu, 0.09; Ni, 0.04; Mo, 0.02; P,