¿Falló el acero inoxidable? Guía para ingenieros forenses sobre cómo identificar fallos en el material versus fallos en la aplicación

¿Falló el acero inoxidable? Guía para ingenieros forenses sobre cómo identificar fallos en el material versus fallos en la aplicación

Cuando los componentes de acero inoxidable fallan, ya sea por agrietamiento, picaduras o fractura catastrófica, la pregunta inmediata es: ¿fue el material o la aplicación? Como ingeniero forense, distinguir entre estas causas es fundamental para asignar responsabilidades, prevenir recaídas y especificar materiales futuros. A continuación se presenta una metodología estructurada para determinar la causa raíz.

? 1. Evaluación Inicial del Fallo: Documentar el Escenario

Preservar las Evidencias

• Fotografiar el lugar del fallo desde múltiples ángulos, incluyendo imágenes generales y de cerca de las superficies fracturadas.

• Registrar las condiciones ambientales: temperatura, pH, concentración de cloruros y exposición a productos químicos.

• Anotar las tensiones operativas: carga estática, carga cíclica o ciclos térmicos.

Recopilación de muestras

• Extraer cuidadosamente los componentes fallados para evitar dañar las superficies fracturadas.

• Recoger material adyacente no afectado para comparar.

⚠️ 2. Modos Comunes de Fallo en Acero Inoxidable

A. Faltas Basadas en el Material

Estos provienen de defectos inherentes en el propio acero.

1. Selección Incorrecta del Grado

   • Ejemplo : Uso de 304 en ambientes con alto contenido de cloruro donde se requiere 316.

   • Evidencia : Picaduras uniformes o corrosión por hendidura en medios agresivos.

2. Defectos Metalúrgicos

   • INCLUSIONES : Las inclusiones de sulfuros u óxidos actúan como concentradores de esfuerzo.

     • Evidencia : La microscopía electrónica de barrido (SEM) revela hilos de MnS en los sitios de inicio de grietas.

   • Embrittlement por Fase Sigma : Precipitación en aceros dúplex (por ejemplo, 2205) debido a un tratamiento térmico inadecuado.

     • Evidencia : Pérdida de tenacidad al impacto (ensayo Charpy), fractura intergranular.

3. Material Falsificada o Mal Etiquetada

   • Ejemplo : 304 vendido como 316.

   • Evidencia : El análisis por fluorescencia de rayos X muestra un bajo contenido de Mo (<2,1% para el 316).

B. Fallos Basados en la Aplicación

Estos resultan de factores externos ajenos a la calidad del material.

1. Agrietamiento por Corrosión bajo Tensión (SCC)

   • Causa de la muerte : Tensión de tracción combinada + cloruros + temperatura.

   • Evidencia : Grietas ramificadas bajo microscopía (típicas de SCC por cloruros).

2. Corrosión galvánica

   • Causa de la muerte : Acoplamiento del acero inoxidable con un metal más anódico (por ejemplo, acero al carbono) en electrolitos.

   • Evidencia : Corrosión localizada en los puntos de contacto.

3. Fabricación inadecuada

   • Defectos de soldadura :

     • Falta de purga (formación de azúcar en el reverso).

     • Tinte térmico (escama de óxido) no eliminado, creando zonas con bajo contenido de cromo.

   • Trabajo en Frío : Induce tensiones residuales, promoviendo SCC.

4. Mantenimiento inadecuado

   • Ejemplo : Contaminación con hierro de herramientas de acero al carbono no limpiadas, provocando picaduras.

? 3. Técnicas de investigación forense

Examen visual y microscópico

• Microscopía estereoscópica : Identificar el tipo de fractura (dúctil vs. frágil).

• SEM/EDS : Analizar superficies de fractura para determinar su composición elemental (por ejemplo, presencia de cloruros).

Verificación del material

• Pistola de RX : Verificar la composición del grado en segundos.

• Espectroscopía de emisión óptica (OES) : Cuantificación precisa de aleaciones.

Ensayos mecánicos y de corrosión

• Prueba de dureza : Una alta dureza puede indicar un tratamiento térmico inadecuado.

• Charpy V-Notch : Evalúa la tenacidad al impacto (valores bajos sugieren fragilización).

• Prueba ASTM G48 : Evaluar la resistencia a la picadura (si la falla está relacionada con corrosión).

Pruebas de Simulación

• Replicar las condiciones de servicio (por ejemplo, exposición a cloruros a la temperatura de operación) en muestras del mismo lote.

? 4. Árbol de Decisiones: Material vs. Aplicación

Use este diagrama de flujo para reducir las causas posibles:

1. Paso 1: Verificar el Grado del Material

   • Si el XRF muestra una composición incorrecta → Fallo del material .

   • Si la composición es correcta → Continuar con el Paso 2.

2. Paso 2: Examinar la superficie de fractura

   • Si hay abolladura dúctil → Sobrecarga (aplicación).

   • Si hay agrietamiento intergranular → Verificar sensibilización (material) o SCC (aplicación).

   • Si hay picaduras → Verificar cloruros (aplicación) o inclusiones (material).

3. Paso 3: Verificar el historial de fabricación

   • Si las soldaduras carecen de gas de purga o muestran decoloración por calor → Fallo en la aplicación .

   • Si el material llegó en condiciones defectuosas (por ejemplo, lingote agrietado) → Fallo del material .

?️ 5. Estudio de caso: Eje de bomba de acero inoxidable fallado

• Antecedentes : El eje 316L en una aplicación marina se fracturó después de 6 meses.

• Investigación :

  • El análisis por fluorescencia de rayos X (XRF) confirmó la composición química correcta (Mo = 2.5%).

  • El microscopio electrónico de barrido (SEM) reveló estrías de fatiga originadas en un punto de picadura.

  • El análisis por dispersión de energía (EDS) detectó altos niveles de cloruros en la picadura.

• Causa raíz : Fallo en la aplicación los cloruros del agua de mar se concentraron bajo depósitos, causando picaduras que iniciaron grietas por fatiga.

• - ¿ Qué? : Rediseñar para evitar zonas estancadas; actualizar al acero dúplex 2205 para mejorar la resistencia a la picadura.

✅ 6. Estrategias de prevención

Para fallos de materiales

• Adquirir materiales de fundiciones con certificación ISO 9001.

• Requerir informes de ensayo de fábrica (MTRs) para cada lote.

• Realizar inspección de entrada (XRF, ensayos de dureza).

Para fallos en la aplicación

• Realizar evaluaciones del riesgo de corrosión antes de la selección del material.

• Seguir ASTM A380/A967 para pasivación y fabricación.

• Capacitar a los soldadores en procedimientos específicos para acero inoxidable (por ejemplo, uso de gas de purga).

? Conclusión: Una aproximación sistemática es la clave

Los fallos rara vez son claros o ambiguos. A menudo, los defectos del material y los errores en la aplicación interactúan. Al combinar un análisis forense riguroso con normas industriales, podrá identificar la causa e implementar correcciones eficaces.

Consejo profesional : Mantener una base de datos de fallos: documentar investigaciones acelera los diagnósticos futuros y ayuda en la negociación de reclamaciones de responsabilidad.