Estudio por Microscopía Óptica y Electrónica de los Aceros Inoxidables Dúplex SAF 2205 después de un proceso de soldadura por arco de plasma (PAW)

Abstract

Se realizó el estudio por microscopía óptica (MO) y electrónica de barrido (MEB) de la microestructura de láminas de acero inoxidable dúplex grado SAF 2205, sometidas a un proceso de soldadura de arco de plasma (PAW). Este acero posee una microestructura bifásica de ferrita (α) y austenita (γ), donde cada fase se presenta en volúmenes relativamente iguales, definidos y diferenciables. El objetivo del estudio se basó en las modificaciones microestructurales generadas en las zonas afectadas térmicamente (ZAC y cordón) por el proceso de soldadura a elevadas temperaturas (donde el material podría presentar una microestructura completamente ferrítica); y en función de dos modos de enfriamiento post-soldadura: en agua y con aire forzado. Mediante microscopía óptica (M.O.), se evidenció el cambio morfológico experimentado por la fase austenita, pasando de una morfología de tipo islas en una matriz ferrítica a una de tipo Widmansttäten o acicular en las zonas afectadas térmicamente. Asimismo, se apreció una reducción en su fracción volumétrica, pasando de 50% (condición original) a un promedio de 40%, tanto en la zona afectada por el calor como en el cordón, y en ambos modos de enfriamiento. Estas modificaciones fueron caracterizadas mediante técnicas de Estereología Cuantitativa. Por una parte, se realizó la medición de la fracción volumétrica de la fase γ aplicando dos técnicas distintas, ambas basadas en la medición de fracción de área: una es la técnica de estereología de conteo manual de Fracción de Puntos (PP), aplicada directamente sobre las micrografías analizadas, y la otra es la determinación de la Fracción de Área (Aa) mediante la digitalización de imágenes utilizando el programa de computación “Digital Micrograph 3.3”; a fin de comparar los resultados obtenidos por ambas técnicas. Mediante la aplicación de la primera técnica, se determinó una proporción de austenita comprendida entre 36% y 46%. La aplicación de la segunda, fue en modo de comparación con la primera, y determinó una proporción de austenita comprendida entre 37% y 45%. Por otra parte, se estudió la relación inclusión-matriz entre ambas fases mayoritarias (α y γ), la cual fue evaluada mediante la medición del parámetro estereológico conocido como Fracción de racimos o clusters (r), siguiendo la técnica desarrollada por Horvath et al. El intervalo de transición topológico del acero estudiado se ve desplazado hacia valores de fracción volumétrica de austenita de 40%. Por su parte, la observación por microscopía electrónica de barrido (M.E.B.) evidenció la presencia de partículas extrañas a la matriz del acero localizadas en las tres zonas de estudio: metal base, ZAC y cordón, para ambos modos de enfriamiento. Los análisis químicos puntuales por E.D.X. aplicados sobre estas partículas señalan que éstas están constituidas por Ca, Al, Si y Mg como elementos mayoritarios. Estos elementos y el tamaño promedio de partícula (6 μm), evidencian que no son fases perjudiciales características de estos aceros al ser sometidos a procesos de soldadura. El estudio estereológico del acero dúplex fue complementado con ensayos de microdureza de indentación estática escala Knoop, y posteriormente transformada a escala Vickers. El enfriamiento en agua generó un endurecimiento mayor al generado por el enfriamiento con aire forzado, lo que indica que una mayor velocidad de enfriamiento produjo un incremento de la dureza del acero en la junta soldada. La dureza del material en la sección superior del cordón es mayor que en la sección inferior (cercana a la raíz del cordón), en ambos modos de enfriamiento, posiblemente asociado a la presencia de precipitados de carburos y/o nitruros en esa zona.