Efecto del tratamiento térmico in situ sobre la microestructura y tenacidad del material SA335-P91

Cuando la extensión soldada con fuente de calor se mueve durante el proceso de soldadura, la temperatura en un punto determinado de la pieza varía entre baja y alta, y después de alcanzar el valor máximo, entre alta y baja. La fuente de calor ejerce un efecto térmico sobre el metal base durante el proceso. El proceso de soldadura también implica un calentamiento y enfriamiento desigual, o un tratamiento térmico especial. Por lo tanto, tanto el proceso de calentamiento como el tratamiento térmico de soldadura son tratamientos térmicos. El tamaño de los granos de cristal de soldadura se puede controlar mediante el control del proceso de calentamiento durante el proceso de soldadura, y el tratamiento térmico puede refinar los granos y reducir la tensión residual de la soldadura. A continuación, se muestra el efecto del control del tratamiento térmico en la tenacidad de los materiales SA335-P91.

El acero SA335-P91 es un acero martensítico 9Cr-1Mo modificado con V, Nb y otros elementos de aleación. Presenta buena resistencia a la oxidación a alta temperatura y a la fluencia. AC1 es de 830-850 °C y AC3 de 900-940 °C. °C, MS = 370 °C, Mf = 220 °C.

La temperatura de calentamiento de la zona de grano grueso en la soldadura y la zona afectada por el calor supera los 1100 °C, y el crecimiento del grano es más rápido. Cuanto mayor sea el tiempo de residencia por encima de 1100 °C, mayor será el engrosamiento del grano y mayor la fragilidad de la estructura de grano grueso. Por lo tanto, para resolver este problema, es necesario controlar la energía de la línea de soldadura (E). La energía de la línea es baja, el tiempo de residencia a alta temperatura es corto, los granos cristalinos son pequeños y la tenacidad de la unión soldada mejora considerablemente.

La línea final de transformación martensítica del acero SA335-P91 es Mf = 220 °C; es decir, cuando la temperatura de soldadura alcanza los 220 °C, la transformación martensítica en la estructura de la soldadura finaliza. En el proceso de soldadura por arco manual, el límite superior de la temperatura del tratamiento térmico se controla por encima de la línea de inicio de la transformación de la martensita, y el límite inferior por encima de la línea final de la transformación de la martensita, de modo que la microestructura de la soldadura se convierte en una sola martensita.

Existe un error entre la temperatura medida por el termopar y la temperatura de la soldadura durante el tratamiento térmico in situ. También existe un error entre el termómetro de la máquina de tratamiento térmico y la temperatura real medida. Por lo tanto, es importante ajustar el error entre la temperatura de la máquina de tratamiento térmico y la temperatura real medida antes del trabajo. Es evidente que el rango de tratamiento térmico utilizado debe minimizarse. Es recomendable colocar otro termómetro de alta precisión como referencia. Además, la ubicación del termopar también es muy importante. El termopar se colocó a 20 mm a ambos lados de la soldadura, de modo que las temperaturas entre capas de todas las soldaduras se compararan en un solo nivel, minimizando así el error entre cada soldadura.

La temperatura inicial de la martensita del acero SA335 P91 es de 370 °C. Esto significa que, cuando la temperatura de soldadura desciende por debajo de 370 °C, la austenita retenida en la estructura de la soldadura comienza a experimentar una transformación martensítica. Durante el tratamiento térmico, esta se controla a 370 °C. Considerando el entorno de trabajo del soldador, la temperatura real suele ser baja. Cuando la temperatura supera los 300 °C, la soldadura se detiene inmediatamente, y cuando el límite inferior de temperatura desciende a 200 °C, la temperatura continúa funcionando.

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