Detección de la segregación química en el acero alto carbono mediante técnicas no destructivas

Abstract

In the present work, the propose of different non-destructive tests (NDT) is made as an alternative to evaluate chemical segregation in cast high carbon steel and thus replace the macro-etching methology according to the standard ASTM E38. The results of chemical analysis by optical spectrometry indicated that of the nine elements detected by the instrumental technique, only carbon, nickel, chromium, and aluminum tend to segregate towards the center of the Z5 ingot. The first non-destructive technique used was the conventional pulse-echo ultrasound (UT) array, where the maximum average longitudinal and shear wave velocities were detected with values of 5225.4 m/s and 2823.51 m/s, respectively, in the region of greatest segregation Z5. On the other hand, in the zones of lower segregation Z1-Z9, the longitudinal and shear wave velocities were determined in the same way: 5164.9 m/s and 2783.5 m/s respectively, thus showing lower numerical values with respect to the center of the Z5 ingot. The second non-destructive methodology used was eddy current (EC), through which electrical conductivity values were obtained in the different analysis areas of the ingot samples. The ingot center or last region to solidify showed lower average conductivity value of 9.8±0.8 %IACS, on the other hand the peripheries Z1-Z9 showed 10.7±0.7 %IACS. Such changes in electrical conductivity are directly associated with the chemical segregation phenomenon. The electrical conductivity collected data showed consistency with the theoretical Matthiessen-Nordheim rule. The third non-destructive procedure was the thermoelectric power technique (TEP) by the hot and cold tip array, varying the temperature in the hot tip. The TEP measurement results indicated that the Seebeck potential is lower in the region where the segregation is greater than the peripheries.

En el presente trabajo de investigación, se realiza la propuesta del uso de diferentes ensayos no destructivos como una alternativa para evaluar la segregación química en el acero colado alto carbono en sustitución del análisis por macroataque acorde a la norma ASTM E381. Los resultados de análisis químico por espectrometría óptica indicaron que, de los nueve elementos detectados por la técnica instrumental, sólo el carbono, fósforo, silicio y manganeso tienden a segregar hacia el centro del lingote denominado Z5. La primera técnica no destructiva utilizada fue ultrasonido convencional arreglo pulso-eco (UT), en donde se detectaron las velocidades de onda longitudinal y de corte promedio máximas con valores de 5125±1.7 y 2723±1.3 m/s respectivamente en la región de mayor segregación. Por otro lado, en las zonas de menor segregación definidas como Z1-Z9, se determinaron de igual modo las velocidades de onda longitudinal y de corte: 5265±1.5 y 2884±1.3 m/s, mostrando así valores numéricos inferiores respecto al centro del lingote. La segunda metodología no destructiva utilizada fue corrientes de eddy (EC), de la cual, se obtuvieron valores de conductividad eléctrica en las diferentes zonas de análisis de las muestras del lingote. El centro del lingote o última región en solidificar mostró un valor promedio de conductividad de 9.8±0.8 % IACS, el cual, es menor respecto a las periferias Z1-Z9 exhibiendo un valor promedio de 10.7±0.7 %IACS. Talescambios en la conductividad eléctrica están directamente asociados con la fenomenología de la segregación química. Los datos de conductividad eléctrica recabados mostraron coherencia con la regla teórica de Matthiessen-Nordheim. El tercer procedimiento no destructivo aplicado fue el de potencial termoeléctrico (PTE) mediante el arreglo de punta caliente y puntra fría, variando la temperatura en la punta caliente. Los resultados de las mediciones indicaron que el potencial de Seebeck es menor en la región de mayor segregación respecto a las periferias.