Caracterización microestructural y frente a la corrosión intergranular del acero inoxidable austenítico Nitronic 50
2025
| Tesista | Daniel Guerrero Gil Ingeniero en Materiales - Instituto Sabato - UNSAM - CNEA - Argentina. Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato - UNSAM - CNEA - Argentina |
| Directores | Dr. Martín A. Rodríguez, CNEA - Argentina Ing. Sebastián Di Toma, CNEA - Argentina |
| Lugar de realización | División Corrosión Básica, Gerencia Materiales - GAEN - CNEA - Argentina |
| Fecha Defensa | 22/05/2025 |
| Jurado | Dr. Claudio Ariel Danon. CNEA, UNSAM - Argentina Dr. Raúl Rebak. GE Vernova - USA Dr. Hernán Svoboda. CONICET, UBA - Argentina |
Título completo
Caracterización microestructural y frente a la corrosión intergranular del acero inoxidable austenítico Nitronic 50
Resumen
El acero inoxidable austenítico (ASS) Nitronic 50 (N50) se destaca por su alta resistencia mecánica, lo que permite mayores tensiones admisibles en el diseño respecto de los grados 304, 316 y 347. Por esta razón, fue seleccionado para un proyecto de la Comisión Nacional de Energía Atómica. En este trabajo se realizó un análisis microestructural y se evaluó la tenacidad al impacto de cupones soldados con metal de aporte ER209, químicamente equivalente al N50, en condición soldada y tras un envejecimiento de 100 horas a 400°C. También se analizó la resistencia a la corrosión intergranular del metal base con distintos tratamientos térmicos de sensibilización.
Se emplearon técnicas de caracterización como microscopía óptica, electrónica de barrido y de transmisión, microdureza, ensayos de flexión y de corrosión intergranular. Los resultados mostraron que el material está compuesto por austenita, ferrita y fase sigma, y que no es completamente homogéneo microestructuralmente. La energía absorbida en el ensayo de Charpy fue de 27 J a -20 °C en la condición envejecida, atribuible a la fase sigma y a la ferrita endurecida tras el envejecimiento. Además, durante el ensayo de plegado se observaron fisuras asociadas a la presencia de fase sigma.
Un tratamiento térmico a 1065 °C por 1 hora eliminó la fase sigma, recuperó la ductilidad en el ensayo de plegado y restableció la condición en la que el material debería haber sido suministrado.
La microestructura del ER209 es austenoferrítica. Tras el envejecimiento, no se observaron transformaciones de fase, pero la energía de Charpy disminuyó en un 40%, de 92 J a 55 J a -20 °C, y la dureza aumentó en 60 HV, lo que sugiere que el posible mecanismo de degradación es la fragilización de los 475°C debido a la presencia de la ferrita.
Dado que el envejecimiento representa una condición acelerada a la temperatura de operación, se propone extender los tiempos de envejecimiento del ER209 para conocer en profundidad las transformaciones de fase asociadas a la degradación de la tenacidad.
Finalmente, el N50 no está cubierto por la norma ASTM A262 para evaluar la susceptibilidad a la corrosión intergranular. Por ello, se realizaron tratamientos de sensibilización de hasta 24 horas a 675°C con el objetivo de evaluar la aplicabilidad de las prácticas A y E de esta norma. Los resultados confirmaron que estas prácticas son útiles para detectar material sensibilizado. Además, se determinó que el N50 posee una alta resistencia a la sensibilización, la cual no afectaría al acero durante los ciclos térmicos de la fabricación.
Se emplearon técnicas de caracterización como microscopía óptica, electrónica de barrido y de transmisión, microdureza, ensayos de flexión y de corrosión intergranular. Los resultados mostraron que el material está compuesto por austenita, ferrita y fase sigma, y que no es completamente homogéneo microestructuralmente. La energía absorbida en el ensayo de Charpy fue de 27 J a -20 °C en la condición envejecida, atribuible a la fase sigma y a la ferrita endurecida tras el envejecimiento. Además, durante el ensayo de plegado se observaron fisuras asociadas a la presencia de fase sigma.
Un tratamiento térmico a 1065 °C por 1 hora eliminó la fase sigma, recuperó la ductilidad en el ensayo de plegado y restableció la condición en la que el material debería haber sido suministrado.
La microestructura del ER209 es austenoferrítica. Tras el envejecimiento, no se observaron transformaciones de fase, pero la energía de Charpy disminuyó en un 40%, de 92 J a 55 J a -20 °C, y la dureza aumentó en 60 HV, lo que sugiere que el posible mecanismo de degradación es la fragilización de los 475°C debido a la presencia de la ferrita.
Dado que el envejecimiento representa una condición acelerada a la temperatura de operación, se propone extender los tiempos de envejecimiento del ER209 para conocer en profundidad las transformaciones de fase asociadas a la degradación de la tenacidad.
Finalmente, el N50 no está cubierto por la norma ASTM A262 para evaluar la susceptibilidad a la corrosión intergranular. Por ello, se realizaron tratamientos de sensibilización de hasta 24 horas a 675°C con el objetivo de evaluar la aplicabilidad de las prácticas A y E de esta norma. Los resultados confirmaron que estas prácticas son útiles para detectar material sensibilizado. Además, se determinó que el N50 posee una alta resistencia a la sensibilización, la cual no afectaría al acero durante los ciclos térmicos de la fabricación.
Complete Title
Microstructural Characterization and Intergranular Corrosion Resistance of Austenitic Stainless Steel Nitronic 50
Abstract
The austenitic stainless steel (ASS) Nitronic 50 (N50) stands out for its high mechanical strength, allowing higher allowable stresses in design compared to grades 304, 316, and 347. For this reason, it was selected for a project by the National Atomic Energy Commission of Argentina. In this study, a microstructural analysis was performed, and the impact toughness of welded coupons using ER209 filler metal, chemically equivalent to N50, was evaluated in both the as-welded condition and after aging at 400 °C for 100 hours. Additionally, the intergranular corrosion resistance of the base metal was analyzed under different sensitization heat treatments.
Characterization techniques such as optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy, microhardness testing, bend testing, and intergranular corrosion testing were performed. The results showed that the material consists of austenite, ferrite, and sigma phase, and that it is not microstructurally homogeneous. The absorbed energy in the Charpy test was 27 J at -20 °C in aged condition, attributed to the presence of sigma phase and hardened ferrite after aging. Furthermore, cracks associated with sigma phase were observed during the bend test.A heat treatment at 1065 °C for 1 hour eliminated the sigma phase, restored ductility in the bend test, and restored the material’s expected supply condition.
The microstructure of ER209 is austenoferritic. After aging, no phase transformations were observed, but the Charpy energy decreased by 40%, from 92 J to 55 J at -20 °C, and hardness increased by 60 HV, suggesting that the possible degradation mechanism is 475°C embrittlement due to the presence of ferrite.
Since aging represents an accelerated condition at the operating temperature, it is proposed to extend the aging times of ER209 to gain a deeper understanding of the phase transformations associated with toughness degradation
Finally, N50 is not covered by ASTM A262 standard for assessing intergranular corrosion susceptibility. Therefore, sensitization treatments of up to 24 hours at 675 °C were carried out to evaluate the applicability of Practices A and E of this standard. The results confirmed that these practices are useful for detecting sensitized material. Additionally, it was determined that N50 exhibits high resistance to sensitization, which would not affect the steel during the thermal cycles of fabrication.
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