Las tuberías de acero se oxidan y eventualmente fallan. Para evitar desastres, las compañías petroleras y otros han creado modelos de computadora para predecir cuándo se necesita un reemplazo. Pero si los modelos mismos salen mal, pueden modificarse solo a través de la experiencia, un problema costoso si llega la deteccióndemasiado tarde.
Ahora, los investigadores de Sandia National Laboratories, el Centro de Nanotecnologías Integradas del Departamento de Energía y el Centro de Investigación Aramco en Boston, han descubierto que una forma particular de corrosión a nanoescala es responsable de disminuir impredeciblemente la vida útil de las tuberías de acero, según unartículo publicado recientemente en Nature's Degradación de materiales diario
Utilizando microscopios electrónicos de transmisión, que disparan electrones a través de objetivos para tomar fotografías, los investigadores pudieron identificar la raíz del problema en una unión triple formada por un grano de cementita, un compuesto de carbono y hierro, y dos granos.de ferrita, un tipo de hierro. Esta unión se forma con frecuencia durante la mayoría de los métodos de diseño de tuberías de acero.
Los átomos de hierro se deslizan deslizándose
Los investigadores encontraron que el desorden en la estructura atómica de esas uniones triples facilitaba que la solución corrosiva eliminara los átomos de hierro a lo largo de esa interfaz.
En el experimento, el proceso corrosivo se detuvo cuando la unión triple había sido consumida por la corrosión, pero la grieta dejada atrás permitió que la solución corrosiva atacara el interior del acero.
"Pensamos en una posible solución para formar una nueva tubería, basada en cambiar la microestructura de la superficie de acero durante la forja, pero aún necesita ser probada y tener una patente registrada si funciona", dijo la investigadora principal de Sandia, Katherine Jungjohann,autor de un artículo y microscopista principal: "Pero ahora creemos saber dónde está el problema principal".
El investigador principal de Aramco, Steven Hayden, añadió: "Esta fue la primera observación en tiempo real del mundo de la corrosión a nanoescala en un material del mundo real, el acero al carbono, que es el tipo de acero más frecuente utilizado en infraestructura en todo el mundo. A través de él, identificamos los tipos de interfaces y mecanismos que juegan un papel en el inicio y la progresión de la corrosión del acero localizada. El trabajo ya se está traduciendo en modelos utilizados para prevenir catástrofes relacionadas con la corrosión, como el colapso de la infraestructura y las roturas de tuberías ".
Para imitar la exposición química de la tubería en el campo, donde los costosos y delicados microscopios no se podían mover, se expusieron muestras muy finas de tubería en Sandia a una variedad de sustancias químicas que se sabe que pasan a través de tuberías de petróleo.
El investigador de Sandia y autor de artículos Khalid Hattar colocó una muestra seca en el vacío y usó un microscopio electrónico de transmisión para crear mapas de los tipos de grano de acero y su orientación, de la misma manera que un piloto en un avión podría usar una cámara para crear mapas de área detierras de cultivo y carreteras, excepto que los mapas de Hattar tenían una resolución de aproximadamente 6 nanómetros un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.
"Al comparar estos mapas antes y después de los experimentos de corrosión líquida, se pudo identificar una identificación directa de la primera fase que se cayó de las muestras, identificando esencialmente el enlace más débil en la microestructura interna", dijo Hattar.
El investigador de Sandia y autor de artículos Paul Kotula dijo: "La muestra que analizamos se consideró un acero con bajo contenido de carbono, pero tiene inclusiones de cemento de carbono relativamente altas que son los sitios de los ataques de corrosión localizados".
"Nuestros microscopios electrónicos de transmisión fueron una pieza clave de este trabajo, ya que nos permitieron obtener imágenes de la muestra, observar el proceso de corrosión y realizar microanálisis antes y después de que ocurriera la corrosión para identificar el papel desempeñado por los granos de ferrita y cemento y la corrosiónproducto."
Cuando Hayden comenzó a trabajar en la investigación de la corrosión, dijo: "Me desanimó lo compleja y mal entendida que es la corrosión. Esto se debe en gran parte a que los experimentos realistas implicarían la observación de materiales complejos como el acero en entornos líquidos y con resolución a nanoescala, yLa tecnología para lograr tal hazaña se había desarrollado recientemente y aún no se había aplicado a la corrosión. Ahora somos optimistas de que un mayor trabajo en Sandia y el Centro de Nanotecnologías Integradas nos permitirá repensar los procesos de fabricación para minimizar la expresión de las nanoestructuras susceptibles quehacer que el acero sea vulnerable a los mecanismos de descomposición acelerada "
Ruta invisible de corrosión localizada
La corrosión localizada es diferente de la corrosión uniforme. Esta última ocurre en forma masiva y es altamente predecible. La primera es invisible, creando una vía observable solo en su punto final y aumentando las tasas de corrosión en masa al facilitar la propagación de la corrosión.
"Una mejor comprensión de los mecanismos por los cuales la corrosión inicia y progresa en este tipo de interfaces en el acero será clave para mitigar las pérdidas relacionadas con la corrosión", según el documento.
Otros autores incluyen los investigadores de Sandia William Mook y Daniel Bufford y la ex investigadora de Sandia y líder experimental Claire Chisholm, quien ahora se encuentra en la Universidad de California en Santa Bárbara.
El trabajo fue financiado en parte por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio de Sandia. El Centro de Nanotecnologías Integradas es una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE operada por los laboratorios nacionales de Sandia y Los Alamos para investigadores de universidades, industrias y otros laboratorios nacionales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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