Nuevo acero ferritico martensitico endurecido por nanoprecipitacion
Carlos Capdevila (Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas CENIM-CSIC)
Los aceros ferríticos/martensíticos son candidatos como materiales estructurales para aplicaciones a alta temperatura en los futuros reactores de fusión y fisión. La principal ventaja de estos aceros con respecto a otras aleaciones usadas a elevada temperatura como los aceros austeníticos y superaleaciones es su buena conductividad térmica. La principal limitación que ofrecen es su baja resistencia a alta temperatura la cuál limita su temperatura de servicio.
El acero ferrítico/martensitico más usado actualmente es el 9Cr-Mo modificado, el cuál posee una temperatura máxima de operación de 593 0C. La microestructura de este acero consiste en una matriz martensítica, en la cual un grano austenitico previo se divide en diferentes paquetes que a su vez son divididos en bloques y estos en lajas con un tamaño de entre 0.25-0.5µm y una alta densidad de dislocaciones en su interior. En esta matriz se encuentran dispersos dos tipos de precipitados, los M23C6 ricos en Cr con un tamaño de entre 100 y 200 nm localizados en los límites de lajas y granos austeníticos previos y los MX ricos en Nb y V con un tamaño de entre 20 y 50 nm situados en medio de las lajas (figura 1).
Este proyecto pretende aumentar la temperatura de trabajo de este acero modificando su procesado. Los tratamientos térmicos comerciales de estos aceros consisten en una austenización a 1040 ºC y un revenido a 740 ºC. La alternativa que se plantea en este proyecto es aplicar en vez de un tratamiento térmico comercial un tratamiento termomecánico. El tratamiento termomecánico tiene como objetivo producir una dispersión de nanoprecipitados capaces de pinzar las dislocaciones a alta temperatura y aumentar así la resistencia del acero a elevada temperatura. Para aplicar el tratamiento térmomecánico que permita obtener los mejores resultados es necesario considerar que los precipitados MX (Nb‐MX y V‐MX) tienen la mayor estabilidad térmica y por tanto un acero con una alta densidad en número de finos MX debería mostrar superior temperatura de trabajo en comparación con el acero obtenido mediante el tratamiento comercial.
El tratamiento termomécanico es dividido en diferentes pasos, dónde cada uno tiene un objetivo claro (Figura 2):
- Austenización: Disolver todos los precipitados MX para controlar su reprecipitación tras el ausforming y el revenido y evitar la formación de ferrita delta debido a sus malas propiedades a elevada temperatura.
- Ausforming: El acero es deformado en austenita con la finalidad de aumentar la densidad de dislocaciones. La austenita transformará a martensita, la cual heredará las dislocaciones generadas en la austenita que actuarán como lugares de nucleación para los precipitados promoviendo una precipitación más fina.
- Revenido: Obtener el tamaño óptimo de precipitado y aumentar la tenacidad del acero.
Los resultados de caracterización microestructural llevados a cabo en las muestras tratadas termomecánicamente han mostrado una reducción del tamaño de los MX de hasta 4 veces y un aumento de su densidad en número de dos órdenes de magnitud con respecto al material tratado comercialmente. Con esta distribución de nanoprecipitados MX el acero debería aumentar su temperatura de operación de 600 a 650 ºC.
El trabajo futuro se centrará en estudiar el comportamiento a fluencia de estas prometedoras microestructuras.