Relación microestructura comportamiento mecánico en aceros inoxidables dúplex y simulación de condiciones críticas de enfriamiento

Resumen

Los aceros inoxidables dúplex se componen de la misma cantidad de austenita y ferrita, lo que les permita combinar unas excelentes propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión. Por otro lado, son aceros susceptibles de la presencia de las fases intermetálicas sigma y chi que en cantidades inferiores al 1% perjudican seriamente sus propiedades. En consecuencia, una de las etapas críticas en el proceso de producción es el último tratamiento de solubilización o hipertemple que consiste en un mantenimiento isotermo en el rango de temperaturas bifásico seguido de un enfriamiento suficientemente rápido para evitar la precipitación de las fases mencionadas. En relación con este tratamiento, es interesante conocer la variación de la velocidad de enfriamiento a lo largo de la sección de una pieza durante el temple. Para ello, en este trabajo se ha utilizado la modelización mediante elementos finitos que ha permitido reproducir el temple industrial en agua de redondos de composición duplex de diferentes diámetros. Para la validación de cada modelo, se han llevado a cabo temples en el laboratorio que reproducen a los industriales, y se han registrado los perfiles de enfriamiento en diferentes puntos de las piezas templadas. De esta manera, el modelo válido es aquel que reproduce los perfiles de enfriamiento en el interior del mayor numero de tamaños de pieza posibles. El modelo requiere conocer una serie de parámetros de proceso, propiedades termo-físicas del material que se han tomado de la bibliografía, y el coeficiente de transferencia de calor entre la pieza y el agua. Este último parámetro es clave y a priori desconocido, y se ha determinado a partir del mejor ajuste a los datos experimentales. El siguiente objetivo del presente trabajo ha sido determinar la velocidad de enfriamiento crítica que hay que superar para evitar la precipitación de fases intermetálicas en diferentes composiciones de acero inoxidable dúplex. La técnica de calorimetría, ha resultado no ser válida para este grado de aceros, ya que la formación de las fases sigma y chi se solapa con la transformación de ferrita a austenita. Por lo tanto, se han realizado enfriamientos continuos controlados en el laboratorio y se ha determinado la velocidad crítica de enfriamiento experimentalmente mediante técnicas metalográficas. Para la detección e identificación de las fases sigma y chi, se ha empleado la técnica EDS de análisis de composición y la técnica de EBSD de análisis cristalográfico. Por último, se ha estudiado el comportamiento mecánico de varios aceros inoxidables dúplex 2304 provenientes de diferentes procesos de producción sin fases intermetálicas. En particular, se ha estudiado el efecto del balance de fases, la anisotropía microestructural y la textura de laminación en las propiedades a tracción a temperatura ambiente y en la tenacidad a impacto a bajas temperaturas. Se ha prestado especial atención a las propiedades mecánicas de las dos fases constituyentes, con el fin de aplicar leyes de mezclas que permitan predecir el límite elástico del acero bifásico. Además, se ha analizado la relación entre anisotropía mecánica, anisotropía microestructural y textura de laminación. En las probetas Charpy, la energía absorbida y la expansión lateral dependen directamente de la fracción en área dúctil y de la presencia de delaminación en la superficie de fractura. En este sentido, la caracterización fractográfica muestra que el daño se propaga principalmente por la ferrita y que la austenita actúa como obstáculo para su propagación. Por esta razón, el fallo final del acero depende de la cantidad y distribución de intercaras ferrita-austenita. Bajo estas consideraciones, en el último subapartado de este trabajo se estudia la variación de las propiedades mecánicas finales del acero con el porcentaje de reducción en caliente aplicado al bruto de colada.