Modelització del nivell de ferrita "delta" (FN) als acers inoxidables austenítics sotmesos a fusió per arc elèctric

Abstract

[cat] Aquest estudi mostra els resultats experimentals obtinguts en analitzar el nivell de ferrita "delta" residual en condicions de velocitat de refredament per arc elèctric, així com els resultats de la determinació experimental de la ràtio crítica Cr(eq)/Ni(eq) en la que es produeix la transició entre els modes de solidificació primaris [AP] i [FA]. Per això s'han preparat dues sèries de mostres d'acers inoxidables austenítics mitjançant forn de refusió amb arc elèctric, de manera que s'han mantingut els nivells d'aliatge constants (Cr(eq)+Ni(eq))=30% i (Cr(eq)+Ni(eq))=40% i s'ha anat variant la ràtio Cr(eq)/Ni(eq) entre 1.22 i 2.00 a cada sèrie. De forma complementària s'ha validat la metodologia emprada, determinant experimentalment l'ordre de magnitud de les velocitats de refredament a les que s'ha sotmès el metall, quantificant les variacions de composició química experimentades pel material en ser refós per arc elèctric i optimitzant el procediment experimental en la preparació de mostres per arc elèctric en forn d'atmosfera inert. Els resultats obtinguts han permès determinar la importància de les variables (Cr(eq))+Ni(eq)) i (Cr(eq)/Ni(eq)) en la microestructura dels acers inoxidables austenítics, de manera que s'ha modelitzat el nivell de ferrita "delta" en funció d'aquestes dues variables. A partir d'aquest model establert pels inoxidables austenítics fosos en les condicions marcades per l'arc elèctric, només coneixent la composició química del material es pot aconseguir predir el nivell de ferrita diferint de l'experimental entre (-1.11,+3.13) FN amb una fiabilitat del 95%. La informació obtinguda en aquest estudi sobre l'evolució microestructural de les mostres en funció de la composició química en les condicions de fusió per arc elèctric, pot ser de molta utilitat en el camp de la soldadura, donat que aporta una informació complementaria al diagrama de fases Fe-Cr-Ni.

[eng] This research showed the experimental results obtained when analysing the level of residual "delta" ferrite under electric arc cooling rate conditions. Results in the experimental determination of the Cr(eq)/Ni(eq) critical ratio at which the transition between [AF] and [FA] primary solidification modes are also depicted. With this aim, two series of austenitic stainless steel samples have been prepared using an arc electric remelting furnace, keeping the alloying level constant at (Cr(eq)+Ni(eq)=30% and (Cr(eq)+Ni(eq))=40% and increasing the Cr(eq)/Ni(eq) ratio from 1.22 up to 2.00 in each series. Additionally, the methodology used has been validated experimentally, establishing the order of magnitude of the cooling rates followed by the metal, assessing the variations in chemical compositions experienced by the materials while being remelted by electric arc and optimizing the experimental procedure for samples preparation using arc electric remelting furnace under inert gas protection. The results obtained have led to the importance of the variables (Cr(eq)+Ni(eq)) and (Cr(eq)/Ni(eq)) in the microstructure of austenitic stainless steels, and a model for the "delta" ferrite content has been proposed according to both variables. As a consequence of the modelling established for austenitic stainless steels, melted and solidified according to electric arc conditions, it is possible to forecast the level of "delta" ferrite within a 95% reliability between (1.11,+3.13)FN just considering the chemical composition of the alloy. The information provided in this research regarding the microstructural evolution of the samples in terms of the chemical composition under electric arc melting and cooling conditions can be helpful in the welding industry, as it provides complementary information to the Fe-Cr-Ni phase diagram. KEY WORDS: Delta-ferrite, Austenitic stainless Steels, Electric Arc, Welding, Materials Technology