Caracterización de los precipitados presentes en un acero ASTM A335 Gr P91 soldado por el proceso FCAW. - Marzocca, Ana Lucía (2014)
Los aceros ferríticos-martensíticos 9 por ciento Cr son ampliamente utilizados para condiciones de servicio de alta temperatura principalmente en aplicaciones relacionadas con la generación de energía. Los aceros 9Cr-1Mo del tipo T/P9 [9Cr-1Mo] y T/P91 [9Cr-1MoVNb] se emplean en la fabricación de componentes de centrales eléctricas convencionales y nucleares, intercambiadores de calor, cañerías y tuberías, etc., debido a que poseen una excelente combinación de propiedades como resistencia al creep, tenacidad y resistencia a la oxidación a alta temperatura y han sido postulados como la opción primaria para diversos componentes estructurales en varios de los conceptos considerados hasta el momento para reactores de la llamada Generación IV debido a que también presentan una excelente resistencia al 'void swelling'. La condición de suministro de estos aceros es de normalizado y revenido. Su microestructura consiste en una martensita con alta densidad de dislocaciones y precipitados: M23C6 y MX, donde M indica al elemento metálico y X a los átomos de C y/o N. Las partículas predominantes son los carburos M23C6. El tamaño de los precipitados MX es mucho menor que el de los carburos M23C6 y fueron clasificados según su morfología y composición química en Tipo I [NbCN], Tipo II [VN] y Tipo III ['wings']. Los precipitados MX anclan a las dislocaciones incrementando significativamente la resistencia al creep. La estabilidad de los M23C6 y MX es crítica para el buen comportamiento de esas aleaciones a largo plazo. En consecuencia, el foco de las investigaciones se ha desplazado a la comprensión de los factores que afectan a la estabilidad a largo plazo de los precipitados M23C6 y MX. El proceso de soldadura afecta de manera notable la microestructura y las propiedades del metal base. Como resultado del severo ciclo térmico causado por el proceso de soldadura, la microestructura original se altera y se forma la denominada zona afectada por el calor [ZAC]. Cada región de la ZAC experimenta un ciclo térmico diferente dependiendo de su distancia a la fuente de calor. La fisuración Tipo IV - considerado como el principal mecanismo de falla que lleva al 'fin de la vida útil' de piezas soldadas aceros ferríticos resistentes al creep- se limita estrictamente a las regiones de grano fino. El presente estudio se llevó a cabo en juntas circunferenciales de un acero P91 soldadas previamente usando el proceso de soldadura semiautomática bajo protección gaseosa [FCAW-G] empleando como materiales de aporte dos alambres de escoria rutílica, 9Cr1MoNbV [F91] y 9Cr0.5Mo1.7WNbV [F92]. Se estudiaron las soldaduras en la condición en que queda el cordón soldado [cordón ST] y después de un tratamiento térmico de post soldadura [TTPS] de 760 grados C durante 4 horas [cordón T]. Se usó un simulador termomecánico Gleeble 3500 para reproducir 3 ciclos térmicos de la ZAC con Tmáx = 985 grados C [G2], 930 grados C [G3] y 897 grados C [G4]. La soldadura de pasadas múltiples genera una ZAC con ciclos térmicos superpuestos en sentido vertical y modificaciones localizadas en sentido horizontal. El desafío planteado en este trabajo fue lograr aislar los precipitados presentes en cada región de la ZAC [espesor ~ 3 mm] y para ello se utilizaron distintas técnicas de caracterización: macrografía, micrografía óptica, barridos de microdureza, FEG-SEM y TEM en réplicas de carbono. Se identificaron los precipitados presentes en todas las zonas: * Cordón ST: el carburo M3C fue el único precipitado presente en la zona fundida [ZF] sin efectos de recalentamiento debido a la pasada de soldadura siguiente. El M3C en la ZF que fue recalentada después de la solidificación incrementó su contenido de Cr. El carburo M23C6 fue el precipitado mayoritario observado en todas las zonas; en la ZF recalentada y en la ZAC de grano grueso [ZACGG] se encontraron carburos M23C6 más pequeños y con morfología esférica. Los NbCN sólo fueron observados en todas las sub-zonas de la ZAC; fueron los precipitados MX mayoritarios en la ZAC de grano fino [ZACGF]. Los VN fueron identificados en todas las zonas, excepto en ZACGF y no se observaron 'wings' en la ZACGG. * Cordón T: El precipitado M23C6 resultó ser el carburo mayoritario en todas las zonas. El VN está presente en todas las regiones estudiadas presentando el menor tamaño y mayor dispersión en la composición química para la ZACGG. Los NbCN fueron solamente encontrados en el MB, en la ZACGF y en la ZACIC. Se identificaron wings en todas las regiones salvo en la ZACGG y ZF.* Ciclos térmicos realizados en la máquina de Gleeble: El carburo M23C6 fue el precipitado mayoritario en todas las muestras con una morfología más esférica a más altas temperaturas. El NbCN fue el MX mayoritario observado en la muestra G2 y no fue observado en la muestra G4. El VN fue el MX mayoritario en las muestras G3 y G4. No se observaron 'wings' en la muestra G2.