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Tesis

Estudio de la Transformación Inversa de la Martensita Inducida por Deformación en Aceros Inoxidables Austeníticos

2019



TesistaJorge Luis SALGADO LARA
Licenciado en Física - Universidad Nacional Autónoma de Honduras - Honduras
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
DirectorDr. Javier Oscar FAVA.   CNEA, UNSAM - Argentina
Codirectora
Mag. Lic. Cristina Cecilia SPINOSA.   CNEA - Argentina
Lugar de realizaciónDivisión IAMEND - Departamento de Ensayos No Destructivos y Estructurales - Gerencia Desarrollo, Ensayos y Gestión de Vida - Gerencia de Área Energía Nuclear - CAC - CNEA - Argentina
Fecha Defensa15/05/2019
JuradoDr. Martín Pedro GÓMEZ.   CNEA, UNSAM - Argentina
Dra. María Inés LUPPO.   CNEA - Argentina
Dra. Marta RUCH.   CNEA, UNSAM - Argentina
CódigoITS/TM 203/19

Título completo

Estudio de la Transformación Inversa de la Martensita Inducida por Deformación en Aceros Inoxidables Austeníticos

Resumen

La fase austenita-g en los aceros inoxidables austeníticos es metaestable. Cuando es deformada en frío puede transformarse parcialmente a martensita-a’; la cantidad de a’ que se forme depende de la composición química del acero, de la temperatura del proceso y de la deformación aplicada. A partir de tratamientos térmicos con temperaturas por encima de AS, la estructura austenítica puede ser recuperada.

Se estudió la reversión de la martensita inducida por deformación a austenita en aceros inoxidables austeníticos AISI 304, 316L y 347. Las muestras utilizadas habían sido laminadas en frío a -70 °C con una reducción del 63% en trabajos previos a esta tesis. Para tales condiciones, resultó una cantidad máxima de martensita-a’ en cada una de ellas. Posterior al laminado fueron realizados tratamientos térmicos de recuperación de la fase g, entre 200 y 1000 °C de 1 hora de duración. Así, se obtuvieron muestras con distintos contenidos de martensita-a’ que fueron las caracterizadas en este trabajo. La formación de martensita-a’ y su reversión a γ proporcionan una combinación de buenas propiedades mecánicas, como la conformabilidad y la resistencia. Es importante conocer las temperaturas de reversión de la α´ y las cantidades resultantes de cada fase (γ y α´), así como también caracterizar sus morfologías. Para estudiar estos aspectos se aplicaron técnicas de la ciencia de materiales y métodos electromagnéticos no destructivos.

Mediciones de saturación magnética permitieron cuantificar la martensita-a’ y realizar dos curvas de calibración para evaluar el contenido de la fase α´: una a partir de mediciones con ferritoscopio y otra en función de las permeabilidades magnéticas. Con la técnica de calorimetría diferencial de barrido se determinaron las temperaturas de inicio y finalización de la reversión α´→γ, resultando las mismas en los rangos 410-450 °C y 545-630 °C, respectivamente. Se concluyó que la reversión ocurrió por superposición de los mecanismos difusional y de corte. Al analizar la evolución de la microestructura a medida que se incrementaba la temperatura del tratamiento térmico, las metalografías mostraron martensita-a’ en forma de listones en muestras tratadas térmicamente a temperaturas menores a las de reversión. Se observó un aumento de la microdureza en las muestras tratadas a temperaturas entre 200 °C y 400 °C, donde alcanza su valor máximo debido a la formación de una pequeña cantidad adicional de martensita; luego, para tratamientos térmicos superiores a los 400 °C se observó una disminución en la microdureza.

Palabras Clave: aceros inoxidables, martensita-a’, reversión, austenita-g, corrientes inducidas, calorimetría diferencial de barrido

Complete Title

Study of Reverse Transformation of Deformation Induced Martensite in Austenitic Stainless Steels

Abstract

The g-austenite phase in austenitic stainless steels is metastable. When it is cold worked can be partially transformed to a’-martensite; the amount of a’ formed depends on the chemical composition of the steel, the temperature of the process and the deformation applied. Heat treatments with temperatures above AS allow recovering the austenitic structure.

It was studied the reversion of the deformation-induced martensite to austenite in austenitic stainless steels AISI 304, 316L and 347. In previous works to this thesis, the studied samples had been cold rolled at -70 °C with a reduction of 63%; in order to induce g ® α' transformation, producing a maximum proportion of martensite for the steels under study. After lamination, the cold rolled specimens were individually submitted to heat treatments for the partial recovery of g phase. These recovery heat treatments consisted of one hour soaking at temperatures between 200 and 1000 °C. In this way, samples with different martensite content were obtained; which were studied here. The formation of α´-martensite and its reversion to g ​​provide a combination of good mechanical properties, such as conformability and strength. It is important to know the reversion (γ and α´) temperatures and the resulting amounts of each phase, as well as characterize their morphology. Materials science techniques and non-destructive electromagnetic methods were applied in this study.

Magnetic saturation measurements allowed to quantify the α´-martensite and to set up two calibration curves for the assessment of α' %m/m: one through the feritscope readings and another one through permeabilities measurements. With differential scanning calorimetry the starting and final temperatures of the α´→γ  reversion were obtained, these were in the ranges 410-450 °C and 545-630 °C, respectively. It was concluded that the reversion happened by superposition of diffusional and shear mechanisms. When analyzing the evolution of the microstructure as the temperature of the heat treatments increased, metallographies showed lath α´-martensite in thermally treated samples at temperatures lower than those of reversion. An increase in microhardness was observed in the samples treated at temperatures between 200 °C and 400 °C, here it reaches its maximum value due to the formation of a small additional amount of martensite; last, for heat treatments higher than 400 °C, a decrease in microhardness was observed.

Keywords: stainless steels, α´-martensite, reversion, g-austenite, eddy current, differential scanning calorimetry.


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