Tesis

En este trabajo se estudió la evolución microestructural del acero ASTM A335 Grado P91 en ciclos térmicos seleccionados, llevándose a cabo dos grupos de ensayos en simuladores termomecánicos Gleeble pertenecientes al Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS), Campinas, Brasil.

El primer grupo de ensayos se realizó en la máquina de Gleeble ubicada dentro de la línea XRD1-XTMS del LNLS, equipamiento que permitió estudiar “in situ” el comportamiento en transformación del material a través del uso simultáneo de las técnicas de difracción de rayos X y dilatometría. Se realizaron dos ciclos térmicos: el primero consistió en un normalizado a 1050 °C por 10 minutos (muestra N) y en el segundo ciclo se realizó el mismo normalizado seguido de un revenido a 780 ºC durante 9 horas (muestra NR). Después de procesar los datos adquiridos en cada etapa de los ciclos térmicos, se observó la tendencia del ancho integral aparente y la posición en 2θ de picos seleccionados de difracción con respecto a la temperatura en ambos ensayos.

En los segmentos correspondientes a rampas de calentamiento o enfriamiento se observó un corrimiento a izquierda o a derecha en la posición en 2θ de todos los picos estudiados a medida que aumentaba o disminuía la temperatura respectivamente, como producto del efecto térmico. En cuanto al ancho integral aparente, se observó una tendencia general a aumentar o disminuir con el descenso o aumento de la temperatura respectivamente. Sin embargo, se produjo un aumento del mismo en la fase “hija” durante las transformaciones tanto en calentamiento como en enfriamiento. Asimismo, se observó una disminución del ancho integral aparente con el tiempo de revenido. Por otra parte, se determinaron las temperaturas de inicio y finalización de las transformaciones de fases a partir de los datos de difracción y se compararon los valores obtenidos con los registrados mediante dilatometría.

En el segundo grupo de ensayos, realizados en una máquina de Gleeble instalada fuera del sincrotrón, se simularon tres regiones de la Zona Afectada por el Calor (ZAC), a saber, ZAC grano grueso (muestra denominada GG); ZAC grano fino (muestra denominada GF) y ZAC intercrítica (muestra denominada IC) con el objetivo final de describir la microestructura antes y después de un tratamiento térmico post-soldadura (muestras: GGPW, GFPW e ICPW). Los cambios producidos en la matriz martensítica se observaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y la evolución de segundas fases precipitadas se estudió mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) sobre réplicas de carbono. Se caracterizaron los precipitados presentes en todas las regiones de la ZAC de todas las probetas, identificándose sistemáticamente los carburos M₂₃C₆ y los precipitados de tipo MX en todos los casos. La única excepción se observó en probeta GG, en cuyo caso y debido a la alta temperatura de pico alcanzada, se produjo la disolución de una fracción significativa de partículas, encontrándose luego del enfriamiento solo precipitados NbCN primarios en una muy baja fracción en volumen y carburos de tipo M₃C debido al autorevenido de ciertos listones de la martensita. Se estudió la morfología de los precipitados en cada región de la ZAC, observándose que en las zonas de grano fino tanto los carburos M₂₃C₆ como los precipitados MX mostraban una forma mucho más redondeada en comparación con el resto de las zonas caracterizadas. En cuanto a la distribución espacial de las partículas cabe destacar que en el caso de las probetas GF y GFPW, y minoritariamente en la IC e ICPW, se encontraron algunos ex bordes de grano austeníticos libres de precipitados, lo cual podría causar la degradación por creep de esas zonas por falta de endurecimiento por precipitación, principal mecanismo de endurecimiento en este tipo de aceros. Los carburos M₂₃C₆ no variaron significativamente su composición química en ninguna de las probetas analizadas, presentando ésta un valor promedio de 61,1 % Cr, 30,6 % Fe y 8,3 % Mo. Por su parte, los precipitados MX presentaron anchas distribuciones en composición química en las probetas en la condición inmediatamente posterior al ciclo simulado de soldadura. Sin embargo, luego del tratamiento post-soldadura las distribuciones se volvieron más estrechas en todas las probetas analizadas.

Palabras claves: P91, Luz sincrotrón, Soldadura, Microscopía electrónica