Caracterización hiperfina de un acero ASTM A335 P91 sometido a ciclos de enfriamiento a distintas velocidades a partir de la fase austenita

Abstract

El diagrama de Transformación en Enfriamiento Continuo del acero ASTM A335 P91 presenta a bajas temperaturas dos dominios microestructurales básicos, ferrítico y martensítico, cuyos límites dependen de las condiciones de enfriamiento a partir de la austenita como fase madre. En ciertas condiciones y para un determinado rango de composiciones químicas, la transformación martensítica puede no completarse en un 100% causando una microestructura final que presenta un porcentaje no despreciable de la fase austenita retenida en forma metaestable. En el presente trabajo se determinó la presencia de austenita retenida a temperatura ambiente, luego de someter muestras de un acero de tipo P91 a programas térmicos que incluyeron etapas de enfriamiento continuo a distintas velocidades (entre 90 y 160 °C/h), partiendo del campo austenítico. Para caracterizar las muestras se midieron los parámetros hiperfinos mediante Espectroscopía Mössbauer y los resultados se complementaron con un análisis por difracción de rayos X y observaciones por microscopías óptica y electrónica de barrido. En particular, la Espectroscopía Mössbauer es útil en cuanto a la capacidad de detección de fases minoritarias; además puede distinguir martensita o ferrita de austenita, debido a sus patrones hiperfinos característicos marcadamente diferentes (magnético y paramagnético, respectivamente), con mayor precisión que otras técnicas. A partir de los resultados Mössbauer se pudo estimar la fracción de austenita retenida para las distintas velocidades de enfriamiento y se detectó la presencia de precipitados de tipo (Fe, Cr)3C; además se determinaron los distintos entornos atómicos del Fe debido a la sustitución de Cr como aleante mayoritario en este tipo de aceros.

The Continuous Cooling Transformation diagram of the ASTM A335 P91 steel presents two basic microestructural domains at lowtemperatures: ferritic and martensitic; their limits depend on the cooling conditions from the austenite as the mother phase. For particular conditions and a certain range of chemical compositions, the martensitic transformation could not be completely fulfilled, causing a non-negligible percentage of the metaestable retained austenite phase in the final microstructure. In the present work the presence of the retained austenite at RT was determined after exposing the samples of the P91 steel to thermal programs that included continuous cooling stages at different rates (between 90 and 160 °C/h), starting from the austenitic field. For the characterization the hyperfine parameters were measured by Mössbauer Spectroscopy (MES) and the results were complemented by an X-ray diffraction analysis and observations from optical and scanning electron microscopy. Particularly MES is very useful in terms of the capacity to detect minor phases; besides it can distinguish between martensite or ferrite from austenite, due to their markedly different characteristic hyperfine patterns (magnetic and paramagnetic, respectively), more accurately than other techniques. From the MES results it was possible to estimate the retained austenite fraction for the diverse cooling rates as well as to determine the presence of precipitates of the (Fe, Cr)3C type; In addition, the different environments of the Fe atoms were determined due to the substitution of Cr as a major alloy in this type of steels.