Comparación del efecto del envejecimiento térmico 475 °C en las variables de ensayos no destructivos medidas en dos aceros inoxidables dúplex un AID ligero 2101 y un AISD 2507

Abstract

Duplex stainless steels are austenitic-ferritic biphasic steels in which their microstructural combination, close to 50% each one, provides of mechanical, physical and corrosion resistance properties highly attractive for the fabrication of components used in oil, chemical and power generation industries. However, when these steels are exposed to a temperature range between 280 and 516 °C promotes ferrite phase transformation deteriorating the fracture toughness and enhancing corrosion susceptibility, being 475 °C the highest embrittlement kinetic. In this investigation two duplex stainless steel (DSS) alloys (2507 SDSS and LDX 2101) where aged at 475 °C for different holding times and where characterized microstructural, mechanical and using three different nondestructive methods. Microstructural characterization was carried by means of scanning electron microscopy (SEM), microhardness measurements, equivalent ferrite measurements, tensile tests, ultrasound, thermoelectricity and electric conductivity. Results of these experimental measurements show change in shear wave birefringence, thermoelectric coefficient and electric conductivity as holding time increases in 475 °C aging; being SDSS 2507 the steel with more accelerated changes compared with those of LDX 2101, which despite being smaller, are detectable. Additionally, Vickers microhardness of ferrite increased significantly with aging whereas austenite remained with no apparent changes. Experimental results reveal that thermoelectric power and electric conductivity measurements correlate with changes in microhardness caused by thermal aging showing the feasibility of these techniques for being used in situ to evaluate this type of embrittlement in these steels.

Los aceros inoxidables dúplex son aceros bifásicos austeníticos-ferríticos en los que su combinación microestructural en relaciones cercanas al 50% cada una concede de propiedades mecánicas, físicas y de resistencia a la corrosión altamente atractivas para la fabricación de componentes en industrias petroleras, químicas y de generación de energía. Sin embargo, la exposición de estos aceros en rangos de temperatura de 280 a 516 °C promueve la transformación de la fase ferrita impactando en la tenacidad a la fractura y aumento de la susceptibilidad a la corrosión, siendo a 475 °C la cinética de mayor rapidez de fragilización. En esta investigación se envejecieron a una temperatura de 475 °C dos grados de aceros inoxidables dúplex (uno llamado AISD 2507 y el otro AIDL 2101) por distintos tiempos de permanencia y se caracterizaron microestructuralmente, mecánicamente y por tres diferentes métodos no destructivos. La caracterización microestructural se llevó a cabo mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), ensayos de microdureza, medición de ferrita equivalente, ensayos de tensión, ultrasonido, termoelectricidad y conductividad eléctrica. Los resultados de estas mediciones experimentales, muestran cambios en la birrefringencia de onda de corte, coeficiente termoeléctrico y conductividad eléctrica conforme aumenta el tiempo de permanencia en el envejecimiento a 475 °C; siendo el AISD2507 el acero con cambios más pronunciados en comparación con los que ocurren en el AIDL 2101, los cuales, a pesar de ser pequeños, son detectables. Adicionalmente, la microdureza Vickers de la ferrita aumentó significativamente con el envejecimiento mientras que en la austenita permaneció sin cambios aparentes. Los resultados experimentales revelan que las mediciones de coeficiente de potencial termoeléctrico y conductividad eléctrica se correlacionan con los cambios en microdureza causados por el envejecimiento térmico demostrando la factibilidad de que estas técnicas sean utilizadas in situ para evaluar este tipo de fragilización de estos aceros.