Principios de difusión de hidrógeno en acero

1. Difusión de
hidrógeno en aceros
Sesión 6

2. Introducción
La presencia de hidrógeno en las aleaciones
ferrosas constituye un serio problema para los
componentes expuestos a este elemento.
Por ejemplo, en la industria petrolera cada año son
destinados millones de dólares a la reparación o
reemplazo de tubos que presentan fallas
provocadas por procesos de degradación de las
propiedades mecánicas del acero asociados con el
ambiente de trabajo de esas estructuras.

3. Introducción
En la industria metalúrgica, los efectos sobre las
propiedades mecánicas de un acero debido a la
presencia de hidrógeno conlleva a fenómenos como:
• Fragilización
• Fractura inducida
por hidrógeno (HIC)
• Ampollamiento
• Exfoliación

4. ¿Cómo se introduce el H?
El hidrógeno atómico puede introducirse en los
aceros a causa de varios procesos como:
• Decapado con ácidos.
• Galvanoplastia.
• Tratamientos térmicos.
• Soldadura.

5. Difusión intersticial
La difusión de los átomos de
hidrógeno en la matriz de
hierro α (bcc) a temperatura
ambiente se explica por la
diferencia en el tamaño
atómico de estos elementos:
el
radio
atómico
del
hidrógeno es de 53 pm y el
de hierro es de 156 pm.
Fe
Fe
H
Fe
Fe

6. Difusión Intersticial
El hidrógeno entra en un
acero, tal como lo hacen el
nitrógeno y el carbono pero
debido a su tamaño relativo
a los espacios intersticiales
de
la
celda
y,
por
consiguiente, a la poca
deformación que induce, el
movimiento del hidrógeno
dentro de la red cristalina se
vuelve más sencillo que el
presentado por los demás
elementos.

7. Fragilización por hidrógeno
La fragilización de un acero por la presencia de hidrógeno
se produce debido a que el carbono presente en el acero
reacciona con el hidrógeno que ha penetrado en su
estructura.
Y si existen las condiciones necesarias para formar
compuestos como metano (alta presión y condiciones de
alta temperatura), el volumen del gas se expande, y causa
grietas en el componente.

8. Fragilización por hidrógeno
Como un método para evitar la fragilización por hidrógeno,
de acero se ha añade algunos elementos como: Cr, Mo, W,
Ti, V, o Nb.
Estos elementos son eficaces en la prevención de la
fragilización por hidrógeno debido a que forman carburos
muy estables, de manera que fijan el carbono en el acero,
impidiendo que éste reaccione con el hidrógeno para
formar metano.

9. Fuerza motriz
La fuerza motriz para la difusión del hidrógeno en el
acero se debe fundamentalmente a un gradiente de
concentración de hidrógeno.

10. Etapas durante el proceso de
difusión de hidrógeno en acero
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