Estudio de la evolución microestructural durante el austenizado de aceros 9Cr candidatos para la fabricación de componentes estructurales de reactores Generación IV

Abstract

En la presente tesis se aborda el estudio de aspectos específicos del austenizado de un acero comercial ASTM A335 grado P91. El objetivo común de los experimentos y simulaciones realizadas fue la caracterización del comportamiento de las segundas fases presentes en el acero que son responsables de limitar el crecimiento de grano, enfocándose especialmente en el estudio de los primeros minutos del mantenimiento en fase austenita. Para ello, se realizaron ciclos de austenizado a 1050 ºC con una velocidad de calentamiento y enfriamiento de 50 ºC/s, y mesetas entre 0 y 40 minutos de duración en un dilatómetro de alta velocidad y alta resolución Bähr DIL 805 A. El primer paso propuesto fue el análisis de la evolución de la temperatura Ms en función del tiempo de mantenimiento en austenita, como indicador indirecto del comportamiento de los aleantes presentes en la matriz del acero y, por ende, de las segundas fases durante el tratamiento térmico. Los valores experimentales para las temperaturas Ms se compararon con los arrojados por fórmulas empíricas, alimentadas a su vez con resultados obtenidos a través de los modelos computacionales implementados en el software THERMOCALC. Esta metodología permitió, con hipótesis adecuadas, estimar cuáles fueron los cambios que se produjeron en la composición química de la matriz durante la permanencia en austenita y que derivaron en cambios en la temperatura Ms. Los descensos encontrados se atribuyeron a la disolución de los carburos M23C6 (entre 0 y 1 minuto de tiempo de austenizado) y a la disolución de los precipitados tipo MX(V) (entre 3 y 4 minutos). En relación a las segundas fases presentes, se realizó una caracterización minuciosa de las mismas para cada tiempo de mantenimiento a través de observaciones por microscopía electrónica de transmisión (TEM). Se llevó a cabo un estudio de la distribución de tamaños y composición química de las partículas de tipo M23C6 y MX para todos los tiempos de permanencia en austenita. Por medio de estos análisis fue posible determinar que en la condición de suministro no existen precipitados secundarios de tipo MX(Nb), que los precipitados tipo M23C6 desaparecen durante el primer minuto de austenizado y que los precipitados tipo MX(V) desaparecen antes de los 4 minutos de austenizado. Si bien la condición de equilibrio a 1050 °C determinada para el sistema sobre la base de los cálculos con THERMOCALC incluye la presencia de segundas fases de tipo MX(V), las mismas no fueron encontradas, aún para los austenizados prolongados. Utilizando el software mencionado se determinó que la fracción de segundas fases presentes es muy sensible a la concentración de nitrógeno y que una variación de la concentración de dicho elemento puede promover la presencia en el equilibrio de las fases que se observaron experimentalmente. Finalmente se realizaron austenizados en las mismas condiciones de velocidad y temperatura para determinar la ocurrencia de crecimiento de grano anormal o heterogéneo en esta aleación, pero no se observó dicho fenómeno para ninguno de los tiempos ensayados.