Mecanismo de Agrietamiento Inducido por Hidrógeno (HIC) y Acero Resistente a HIC

Por qué esto es importante

El agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) es uno de los modos de falla más dañinos y menos visibles en tuberías de acero al carbono y recipientes a presión. Se desarrolla sin carga externa cuando el hidrógeno atómico, generado por la corrosión acuosa de H2S, se difunde en el acero y se recombina en inclusiones internas o microestructura bandeada formando grietas internas. Cuando se detecta HIC, el equipo generalmente no tiene reparación.

Esta guía explica el mecanismo, el método de prueba estándar (NACE TM0284), los criterios de aceptación que la mayoría de proyectos utilizan, y cómo redactar una cláusula de resistencia a HIC en su orden de compra de tuberías y accesorios.

Datos técnicos clave

Mecanismo

1. La corrosión acuosa de H2S en la superficie del acero libera hidrógeno atómico.
2. Los iones de sulfuro bloquean la recombinación de hidrógeno en la superficie, forzando a los átomos de hidrógeno a difundirse en el acero.
3. Dentro del acero, los átomos de hidrógeno se acumulan en inclusiones de MnS, ferrita-perlita bandeada u otras discontinuidades, se recombinan en gas H2 y crean alta presión interna.
4. La presión forma grietas internas escalonadas o planas que se propagan sin carga externa.

Método de prueba (NACE TM0284)

NACE TM0284 prescribe una inmersión de 96 horas de probetas en una solución de prueba saturada de H2S. Se utilizan comúnmente dos soluciones:

• Solución A: salmuera acidificada NACE (servicio severo).
• Solución B: agua de mar sintética (menos severa).

Después de la exposición, las probetas se seccionan y examinan metalográficamente. Se reportan tres índices por sección y se promedian por probeta:

• CLR - Crack Length Ratio.
• CTR - Crack Thickness Ratio.
• CSR - Crack Sensitivity Ratio.

Criterios de aceptación

NACE TM0284 en sí no incluye criterios de aceptación. La mayoría de proyectos adoptan criterios típicos de la industria de NACE MR0175 / ISO 15156 Parte 2 y EFC 16:

• CLR menor o igual al 15%.
• CTR menor o igual al 5%.
• CSR menor o igual al 2% (comúnmente).

Las especificaciones del proyecto pueden ajustar estos valores (por ejemplo, CLR menor o igual al 10% o 6%). Siempre lea la hoja de datos.

Matriz de decisión: selección de material resistente a HIC

Palancas metalúrgicas clave para la resistencia a HIC:

• Azufre mantenido muy bajo (a menudo inferior al 0.003%).
• Tratamiento con calcio para globularizar las inclusiones de sulfuro.
• Microestructura bandeada restringida mediante enfriamiento acelerado o normalizado.
• Control estricto de fósforo y elementos residuales.

Para accesorios de tubería soldados a tope sin costura y bridas forjadas utilizados en servicio ácido, especifique material base probado HIC y confirme que las condiciones de prueba coinciden con la especificación de la tubería de línea.

Errores comunes en la compra

1. Especificar la prueba HIC sin solución. La Solución A y la Solución B dan resultados diferentes; la orden de compra debe indicar cuál.
2. Aceptar un solo informe de prueba que cubra todos los calores. La prueba HIC es calor por calor para la mayoría de proyectos.
3. Confundir HIC con SSC. El agrietamiento por tensión de sulfuro (SSC) es un mecanismo diferente y se rige por controles de dureza según NACE MR0175.
4. Omitir la prueba HIC en accesorios porque la tubería está probada HIC. Los accesorios tienen una ruta de forja diferente; especificar por separado.
5. Permitir que los límites de CLR/CTR se desvíen. Con el tiempo, la relajación gradual de los criterios de aceptación erosiona el margen de servicio.

Lista de verificación para el comprador

• Defina la solución de prueba (A o B) y los criterios de aceptación (CLR, CTR, CSR) en la orden de compra.
• Exija informes de prueba HIC por calor, con tres secciones por probeta.
• Para accesorios de tubería soldados a tope sin costura, curvas de tubería y bridas forjadas, especifique condición probada HIC y límite de dureza correspondiente según NACE MR0175.
• Verifique nuestros certificados para el historial de proyectos de servicio ácido.
• Envíe su consulta de material resistente a HIC a través de nuestra página de consulta con presión parcial de H2S, contenido de cloruro, pH y temperatura.

Fuentes

• https://farsi.msrpco.com/wp-content/uploads/2019/10/standard-nace-tm0284.pdf
• https://ogcenergy.com/faqwd/what-is-nace-mr0175-acceptance-criteria-for-hic-nace-tm0284/
• https://epcland.com/hydrogen-induced-cracking-hic-mechanism/