Estudio y modelización de la transformación martensítica en un acero ASTM A335 P91

Abstract

En este trabajo se aborda el análisis de información experimental previamente obtenida por medio de la técnica de dilatometría- relativa a dos aspectos de la transformación martensítica, a saber, la temperatura de inicio de la transformación y el curso de la transformación como una función de la temperatura, durante un proceso de enfriamiento continuo después de un mantenimiento en austenita. El material en estudio es un acero ASTM A335 grado P91 (9Cr1MoVNbN) caracterizado por una alta resistencia a la corrosión y a la termofluencia, propiedades físicas que le permiten un muy buen desempeño durante prestaciones a temperaturas cerca de, o más altas que, 600 °C. La combinación de estas propiedades con una alta conductividad térmica, un bajo coeficiente de expansión térmica y una excelente resistencia al hinchado bajo irradiación hacen de este acero un candidato de referencia para aplicaciones estructurales en reactores nucleares de Generación IV. Durante el recorrido previo del grupo de investigación que propuso este trabajo se estudiaron aspectos de la metalurgia física de este tipo de aleaciones en ciclos térmicos diseñados bajo diferentes condiciones de calentamiento, mantenimiento a alta temperatura y enfriamiento. Se realizó entonces una búsqueda bibliográfica acotada sobre los dos aspectos seleccionados y se desarrolló una serie de rutinas computacionales que permitieron implementar el análisis de los datos experimentales y su ajuste con modelos metalúrgicos ya informados en la literatura existente, usando el lenguaje de programación Python. Los resultados obtenidos constituyen un primer paso de aporte a la comparación sistemática de métodos para determinar la temperatura de inicio de la transformación martensítica y corroboran la superioridad de los modelos de tipo sigmoidal por sobre los exponenciales para describir el curso de la transformación en aceros 9 % cromo.

This work addresses the analysis of experimental information previously obtained by means of the dilatometry technique and relative to two aspects of the martensitic transformation, namely, the transformation start temperature and the course of the transformation as a function of temperature during a continuous cooling process after high-temperature austenite holding. The material under study is an ASTM A335 grade P91 (9Cr1MoNbVN) steel, characterized by a high resistance to corrosion and creep, these properties allowing a good performance during service at temperatures close to, or even higher than, 600 °C. The combination of these properties with a high thermal conductivity, a low termal expansion coefficient and an excellent resistance to void swelling under irradiation makes this steel a reference candidate for structural applications in Generation IV nuclear reactors. In previous studies carried out by the research group that proposed this work, aspects of the physical metallurgy of this type of steel have been investigated in thermal cycles designed under different conditions of heating, holding at high temperature and cooling. A delimited bibliographic search over the two selected aspects was carried out and a series of computational scripts was developed that allowed to implement the analysis of experimental data as well as data adjustment with metallurgical models already reported in the previous literature, using the Python programming language. The obtained results constitute a first step of contribution to the systematic comparison of methods to determine the martensite start temperature, and corroborate the superior performance of the sigmoidal models over the exponential ones in describing the course of the martensitic transformation in 9 % Cr steels.