control del crecimiento de grano con aplicación simultanea de campos magnéticos externos durante la soldadura de acero de bajo contenido de carbono, acero microaleado API 5l X52 y acero 9840

Abstract

The microstructural, mechanical and electrochemical effects of applying magnetic fields during welding joints of A36 low carbon steel, API 5L X52 microalloyed steel and low weldability 9840 steel were evaluated in this thesis aiming to obtain a grain structure similar to the base material (BM) in the heat affected zone (HAZ). The submerged arc welding (SAW) process was used with the simultaneous application of external magnetic fields by positioning two coils at an angle between them at the end of the single V groove joint. This experimental setup generated a gradient in the magnetic field along the length of the joint from 4.3 to 0.02 mT. Although A36 and API X52 are low carbon steels, the effects of the application of magnetic fields during SAW on the HAZ were different between them. For A36, the grain growth zone (GGZ) with magnetic field (WMF) exhibited smaller austenitic grains in comparison with the welded joint without magnetic field (WOMF). Meanwhile, the GGZ of the weld WMF of the API X52 steel, retained austenite was found to be trapped between new ferritic grains and diluted cementite. Also, the fully ferritic grains presented irregular geometries. In the case of 9840 steel which contains a larger C content, it was found that in the GGZ of the welded joint, entrapment of atoms during the diffusion process prevented the precipitation of bainite. Besides, it was observed that ferritic zones nucleated inside austenite. Analysis of the samples by electron backscatter diffraction EBSD enabled associating the change in mechanical properties with the effect of the application of magnetic fields and the modification of the preferential crystallographic orientation in the analyzed zones as well as identifying the reduction of dislocations and residual stresses with the grain average misorientation (GAM) and Kernel average analysis (KAM) data.

En el presente proyecto de tesis se valoró el efecto microestructural, mecánico y electroquímico de los campos magnéticos aplicados en uniones de acero de bajo contenido de carbono A36, acero microaleado API 5L X52, y en el acero 9840 que presenta baja soldabilidad, con el propósito de obtener una estructura similar al material base (MB) en la zona afectada térmicamente (ZAT). Estos aceros fueron soldados por el proceso de arco sumergido con la aplicación simultanea de campos magnéticos mediante dos bobinas posicionadas con ángulo entre ellas al final de la junta en V. Este arreglo generó un gradiente en el campo magnético a lo largo de la junta, desde 4.3 hasta 0.02 mT. A pesar de que los aceros A36 y API X52 son de bajo contenido de carbono, los efectos de la aplicación del campo magnético durante el proceso de soldadura en la ZAT fueron diferentes entre ellos. Para el acero A36, la zona de crecimiento de grano (ZCG) de la unión soldada con campo magnético (CCM) exhibió granos austeníticos más pequeños que la unión soldada sin campo magnético (SCM). Por otro lado, en la ZCG de la junta soldada CCM del acero API X52, la austenita retenida quedó atrapada entre nuevos granos ferríticos y cementita diluida, los granos completamente ferríticos mostraron morfologías irregulares. En el caso del acero 9840, con un mayor contenido de C, se encontró en la ZCG de la junta soldada CCM que el atrapamiento de átomos en el proceso de difusión evitó la precipitación de bainita. Además, se observó que zonas ferríticas nuclearon en el interior de la austenita. El análisis por difracción de electrones retrodispersados (EBSD, por sus siglas en inglés) permitió relacionar el cambio de propiedades mecánicas con el efecto de la aplicación de campos magnéticos y la modificación de la orientación cristalográfica preferencial en las zonas analizadas.