Influencia de bajas cantidades de fase sigma en las propiedades mecánicas y en la resistencia a corrosión localizada en tubos de acero inoxidable dúplex UNS S32760

Abstract

Los aceros inoxidables dúplex (DSS de sus siglas en inglés: Duplex Stainless Steels), que presentan una microestructura mixta con un porcentaje similar de fases ferrita (α) y austenita (γ), son susceptibles a la formación de fases secundarias indeseables si sus procesos de fabricación no son cuidadosamente controlados. En particular, la fase sigma (σ) es un compuesto intermetálico rico en Cr y Mo, formado generalmente cuando los DSS se encuentran en el rango de temperaturas de 600-900ºC, incluso durante breves periodos de tiempo. La precipitación de esta fase induce efectos perjudiciales en las propiedades mecánicas y la resistencia a corrosión del material, e incluso bajos porcentajes volumétricos de fase σ pueden afectar estas propiedades. El trabajo plasmado en esta Tesis Doctoral recoge el efecto de tratamientos térmicos en tubos sin costura de DSS UNS S32760, realizados con el objetivo de provocar la precipitación de diferentes porcentajes volumétricos de fase σ en la microestructura ferrítico-austenítica del material. De esta forma se han obtenido diversos patrones de tubo con porcentajes de fase σ muy bajos (<0,5%), bajos (entre el 0,5% y el 1%) y altos (entre el 5% y el 20%). Se ha estudiado el mecanismo de formación de las fases secundarias frágiles en el acero inoxidable superdúplex seleccionado, cuantificándolas por métodos destructivos (empleando microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido) y estableciendo una correlación de cuantificación con métodos no destructivos (ultrasonidos). Asimismo, se ha analizado la influencia de muy bajos, bajos y altos porcentajes de fase σ en las propiedades mecánicas (dureza y resistencia a impacto) y de resistencia a la corrosión localizada del material. El estudio de la influencia de estos porcentajes de fase σ en las propiedades de un tubo de acero inoxidable dúplex y la detección y cuantificación de esta fase por ultrasonidos presentan un notable interés, que hacen de la presente Tesis Doctoral un trabajo innovador que pretende incidir sobre los problemas reales existentes en la industria de fabricación de los aceros inoxidables dúplex.

Duplex stainless steels (DSS), with a microstructure of an approximately equal mixture of ferrite (α) and austenite (γ) phases, are susceptible to the formation of undesirable phases if manufacturing processes are not carefully controlled. In particular, sigma phase (σ) is a Cr- and Mo-rich intermetallic phase, formed generally when DSS are by the temperature range from 600 to 900 ºC, even for very short time periods. The precipitation of this phase induces detrimental effects in mechanical and corrosion resistance properties in the material, and even a low volume percentage of σ phase can significantly affect these properties. The current work carried out in this Ph.D. Dissertation presents the effect of thermal treatments on UNS S32760 DSS seamless tubes, applied in order to promote the precipitation of different σ phase (vol.%) percentages in a ferrite/austenite microstructure. Therefore, several reference samples of tube with very low percentages of σ phase (<0,5%), low percentages of σ phase (between 0,5% and 1%) and high percentages of σ phase (between 5% and 20%) have been obtained. The formation mechanism of the brittle secondary phases in the chosen superduplex stainless steel has been studied. These phases have been quantified by destructive means (using optical microscopy and scanning electron microscopy) and a correlation by non-destructive testing (ultrasounds) has been established. Additionally, the influence of very low, low and high percentages of sigma phase in the mechanical properties (hardness and impact resistance) and in the localized corrosion resistance of the material has been analyzed. The study of the influence of these percentages of sigma phase in the properties of a duplex stainless steel tube and the detection and quantification of the sigma phase using ultrasound testing presents a remarkable interest. This makes this Ph.D. Dissertation an innovative work which seeks to have an impact on current issues in the manufacturing industry of duplex stainless steels.