PWHT Acero inoxidable

Los aceros inoxidables se utilizan ampliamente en equipos industriales debido a su resistencia a la corrosión y soldabilidad, pero sólo pueden utilizarse en entornos operativos de alta temperatura si se realiza un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para evitar la fragilización de la fase sigma y el agrietamiento subsiguiente.

Los PWHT se realizan a menudo en una atmósfera como el argón o el nitrógeno para minimizar la formación de fases nocivas que provocan la disminución de la resistencia a la corrosión y la degradación de las propiedades mecánicas con el paso del tiempo.

Resistencia a la corrosión

El cromo es el elemento principal del acero inoxidable, que crea una capa de óxido protectora contra la oxidación y la corrosión. La adición de otros elementos de aleación, como el níquel (Ni) o el molibdeno (Mo), puede mejorar aún más la resistencia a la corrosión en función de las condiciones ambientales y las necesidades de la aplicación.

El acero inoxidable no se funde a altas temperaturas como muchos otros metales; sin embargo, los procesos de soldadura pueden producir un calor intenso y ciclos de enfriamiento rápidos que provocan cambios microestructurales en su interior. Como el engrosamiento del metal de soldadura (HAZ) y la precipitación de carburo de cromo. Tales modificaciones pueden comprometer sus capacidades de resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión.

La soldadura puede contribuir a la corrosión galvánica, que se produce cuando dos metales entran en contacto. Por ejemplo, las soldaduras de acero inoxidable pueden corroerse debido al ataque galvánico causado por el cobre (Cu) presente en el metal de soldadura que reacciona con el oxígeno del gas de soldadura.

Los inoxidables dúplex como el 17-4 y el PH13-8Mo proporcionan una mayor resistencia a la corrosión que los grados austeníticos como el 304 y el 316; sin embargo, todavía pueden ser susceptibles a la sensibilización y a la corrosión intergranular. Para superar este problema, las soldaduras de inoxidables dúplex deben colocarse en un entorno libre de corrosión; alternativamente, el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) puede reducir la sensibilidad a la sensibilización, así como promover una buena resistencia a la tracción y dureza después de la soldadura.

Propiedades mecánicas

Los aceros inoxidables son materiales generalmente fuertes y resistentes; sin embargo, son susceptibles de sufrir cambios durante los procesos de soldadura. Cuando se exponen a temperaturas extremas durante los procesos de soldadura, el metal de soldadura y la HAZ pueden volverse quebradizos debido a los rápidos procesos de ciclos térmicos que provocan cambios microestructurales dentro de su tejido y de los materiales de soldadura/HAZ.

Las PWHT deben aplicarse siempre después de la soldadura para ayudar a proteger y preservar la integridad de los componentes soldados entre sí, aunque su necesidad depende en gran medida del tipo de soldadura y de las condiciones de servicio previstas.

Los grados de cromo-níquel austeníticos diseñados para su uso en entornos de corrosión severa pueden requerir PWHT con el fin de minimizar la sensibilización tras la exposición a temperaturas elevadas, mientras que los grados destinados a aplicaciones menos agresivas o previamente tratados térmicamente pueden no requerir este proceso adicional.

Estudios recientes han explorado los efectos del PWHT en la microestructura y las propiedades mecánicas de las soldaduras de acero inoxidable austenítico 316L soldado por arco de plasma durante el tratamiento térmico con hilo de plasma (PWHT). Descubrieron que a medida que aumentan las temperaturas de PWHT, también lo hace el contenido de ferrita; sin embargo, la resistencia a la tracción, la tenacidad a la fractura y el alargamiento uniforme y total disminuyen con cada aumento del tiempo de PWHT.

Proceso de soldadura

La soldadura puede tener un efecto drástico sobre las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión del acero inoxidable, pero si se eligen los parámetros de soldadura adecuados y se aplican tratamientos térmicos postsoldadura, los ingenieros y soldadores pueden minimizar estos efectos secundarios y maximizar su potencial.

El acero inoxidable soldado puede someterse a un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para aliviar las tensiones residuales y mejorar la soldabilidad, especialmente en el caso de secciones de material más grandes o gruesas. Desgraciadamente, el PWHT también puede provocar distorsiones en la sección soldada; para limitar esta posibilidad, debe dejarse lo suficientemente suelta como para que su dilatación y contracción no provoque distorsiones en las uniones clave.

El PWHT no sólo reduce la tensión, sino que también puede disminuir la susceptibilidad a la fragilización por fase sigma y a los daños por fluencia a temperaturas elevadas al minimizar el gradiente de temperatura entre las temperaturas de alivio de tensión y de recocido de la solución.

Se empleó la microscopía óptica para evaluar los efectos de la soldadura en la microestructura de una soldadura superpuesta. El contenido de ferrita aumentaba con el incremento de la aportación de calor de soldadura; esto indicaba que la ferrita delta se había transformado preferentemente en ferrita sigma durante la fusión, lo que provocaba una pérdida de peso medida mediante ensayos de resistencia a la corrosión por picaduras en un entorno corrosivo artificial.

Requisitos

El tratamiento térmico postsoldadura de los aceros inoxidables debe mantener sus propiedades mecánicas. Esto es especialmente cierto en los grados austeníticos, en los que una capa superficial austenitizada formada por la formación de una capa pasiva que contiene óxido de cromo permanece estable tras la soldadura para minimizar los problemas de corrosión; sin embargo, el tratamiento PWHT podría desmantelar esta barrera y, por tanto, disminuir la resistencia a la corrosión de estos materiales.

Por lo tanto, es fundamental saber cuándo un acero inoxidable requiere o no un tratamiento térmico posterior a la soldadura. La necesidad de PWHT depende en gran medida del grado, las condiciones de servicio previstas y el procedimiento de soldadura.

Muchas aplicaciones industriales que emplean acero inoxidable no necesitan PWHT, como las soldaduras en plantas presurizadas. Esto puede atribuirse a técnicas de soldadura avanzadas, soldaduras más pequeñas y un entorno sin problemas de corrosión intergranular.

Hay determinadas soldaduras que requieren PWHT, como las situadas en entornos hostiles o condiciones de alta tensión. La fisuración por licuefacción del límite de grano puede provocar una pérdida significativa de ductilidad y aumentar la susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión por cloruros; la PWHT funciona calentando la unión a temperaturas que favorecen la formación de carburos finos de niobio o molibdeno, al tiempo que suprimen el crecimiento de la parte ferrita de una aleación denominada "fase sigma", lo que también se conoce como estabilización termomecánica.