Modelación estocástica del proceso de corrosión por picadura en aceros grado tubería

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se presentan los resultados de la modelación estocástica del proceso de corrosión por picadura en un acero grado tubería API5L-X52. La modelación propuesta comprende las etapas de iniciación y crecimiento que conforman el proceso de picadura. La técnica experimental utilizada para la inducción de picaduras ha sido la inmersión de los cupones de prueba durante distintos tiempos (1, 3, 7, 15, 21 y 30 días). La composición química de la solución de prueba fue definida de manera previa, a través del análisis de los rangos de composición de suelos en la Región Sur de México, (Tabasco). La medición de profundidades de picaduras fue realizada a través de la microscopía óptica, basada en la diferencia de enfoque entre el fondo y la superficie de las picaduras. Mientras que, la caracterización del proceso de picadura fue realizada mediante la microscopía electrónica de barrido y la medición de la diferencia de potencial a circuito abierto de los cupones de prueba. Los métodos de análisis de valores extremos de máximo del bloque y del umbral de excedencias son aplicados de manera simultánea por primera vez en el estudio del proceso de corrosión por picadura durante este trabajo. El análisis de las profundidades de picadura evidencia la presencia de un efecto de dependencia asociado a la proximidad entre picaduras, el cual ejerce influencia en el crecimiento de las picaduras. En este trabajo se demuestra que el método del umbral de excedencias realiza el análisis más adecuado de los valores máximos de profundidad de picadura. Se propone una metodología para el análisis de los valores extremos, mediante el método del umbral de excedencias. El modelo propuesto en este trabajo demuestra que es posible simular el proceso de corrosión por picadura a través de las cadenas de Markov. El análisis de valores extremos permite obtener la distribución de extremos de Gumbel a partir de la solución generada por Markov. El modelo propuesto logra simular el proceso de picadura sin tomar en cuenta las particularidades fisicoquímicas del sistema de corrosión. En consecuencia, se postula que el modelo es capaz de simular el proceso de corrosión por picadura en diferentes materiales y ambientes. ABSTRACT: This work presents the results of the stochastic modeling of the pitting corrosion process of API5L grade X52 pipeline steel. The proposed model includes both the initiation and growth stages of the pitting corrosion process. Pitting corrosion was induced using immersion of coupons of the investigated steel for different time periods 1, 3, 7, 15, 21 and 30 days. The chemical composition of the test solution was determined based on a previous analysis of the chemistry of soils in southern Mexico (Tabasco). The depth of the pits observed in the test coupons was measured through optical microscopy, based in the difference in focus between the bottom of the pits and the surrounding surface. Further characterization of the pitting processes was done using scanning electronic microscopy and measuring the open circuit potential of the test coupons. The block maxima and peak over threshold approaches to extremes were applied to the collected pitting corrosion data. Both approaches have been useful for gaining a better understanding of pitting in low carbon steel. It is shown that the parent distribution of the extreme depths is the right tail of the observed pit depth distribution. The threshold approach proved more robust to maximum depth reduction, which result from the dependency between pit depths. A simplified sampling method is proposed for applying the threshold approach without the need for measuring the entire pit depth distribution. According to the results of this work, it’s possible the modeling the pitting corrosion as the combination of two stochastic processes: pit initiation and pit growth. Pit generation is modeled as nonhomogeneous Poisson processes, in which induction time for pit initiation is simulated as the realization of a Weibull process. Pit growth is simulated using a nonhomogeneous Markov process. The results of the extreme value analysis can be used to find the distribution of the maximum pit depths resulting from the combination of the initiation and growth processes for multiple pits. The proposed model is capable of simulating the pitting corrosion without any consideration of the particular characteristics of the tested material and environmental factors. As a consequence, it is postulated that the proposed model can be applied to the modeling of pitting corrosion of different materials in a range of environments.