Evolución de la microestructura y propiedades mecánicas del acero inoxidable martensítico AISI 420

Abstract

En la Central Termoeléctrica “Luis Piedra Buena” de la ciudad de Bahía Blanca, los filtros de los condensadores de la caldera son arrastrados por cadenas para trabajo pesado con eslabones tipo compensación realizados con acero inoxidable martensítico tipo AISI 420. Estas cadenas presentan problemas de desgaste, corrosión y rotura. Con este estudio se pretende encontrar las mejores condiciones de temple y revenido que permitan conseguir eslabones (fundamentalmente camisas y pernos) que posean la mejor combinación de resistencia al desgaste y a la corrosión para las condiciones de uso. Para ello, una vez caracterizado el material comercial (suministrado en condición recocido) se realizaron distintos tratamientos de temple y revenido modificando las temperaturas de austenización, los medios de enfriamiento y las temperaturas de revenido. Las distintas microestructuras resultantes fueron caracterizadas utilizando microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido y se evaluaron las propiedades mecánicas asociadas a través de la realización de ensayos de dureza e impacto. Con el objeto de determinar la naturaleza de los precipitados se obtuvieron réplicas extractivas de los carburos para someterlos a técnicas EDS que permitieran determinar su composición química y TEM para identificar cristalográficamente dichos carburos. Dado que los resultados de estas técnicas no fueron concluyentes se realizó esta tarea con reactivos de ataque selectivo que diferencian los distintos carburos. Para analizar la resistencia al impacto se empleó la probeta Charpy con entalla en “V”. Las superficies de rotura fueron observadas con microscopía electrónica (SEM). Para evaluar la resistencia a la corrosión se efectuaron ensayos de corrosión por picado según lo especificado por la normas ASTM G 1, G 46 y G 48, determinando tanto la pérdida de masa como el factor de picado para cada una de las estructuras obtenidas con los distintos tratamientos térmicos. Los resultados obtenidos permiten determinar el tratamiento térmico más adecuado en función de las propiedades que se quieren priorizar.

In the steam-electric power plant “Luis Piedra Buena” in Bahia Blanca city, the condenser filtres of the boiler are dragged by heavy-duty chains with compensation type links made of AISI 420 martensitic stainless steel. These chains present problems of wearing, corrosion and fracture. With this study, we seek for the best quenching and tempering conditions to get links (mainly sleeves and bolts) that have the best combination of resistance to wearing and corrosion for the usage conditions. For this, once the commercial material was characterized (supplied in annealing condition), it was subjected to different quenching and tempering treatments, changing the austenitizing temperatures, the cooling methods and the tempering temperatures. The different resulting microstructures were characterized using optical microscopy and scanning electron microscope and the mechanic properties associated were evaluated through the realization of hardness and impact tests. To determine the nature of the precipitates carbide extractive replicas were obtained to submit them to Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to find their chemical composition and transmission electron microscopes (TEM) techniques to identify crystalographically the aforementioned carbides. Since the results of these techniques were not conclusive this task was performed with selective etchants which differentiate between different carbides. A Charpy V-notch test was employed to analyze the impact resistance. The fracture surfaces were observed through scanning electron microscope (SEM). To evaluate the corrosion resistance pitting corrosion tests were made as specified in ASTM G 1, G 46 and G 48 standards, determining the mass loss as well as the pitting factor for each of the obtained structures with the different heat treatments. The obtained results allow to find the thermal treatment most appropriate in function of the properties that require to be prioritized.