P91 Tabla PWHT

SI fue llamada para evaluar si el calor había tenido algún impacto perjudicial en P91 después de un incendio en una central eléctrica, tomando réplicas metalúrgicas para su análisis con el fin de evaluar cualquier reblandecimiento en las regiones HAZ.

Gressler subrayó que la dureza por sí sola no determina la salud del material. En su lugar, una medida de detección eficaz sería controlar la acumulación de deformación por fluencia utilizando galgas extensométricas de alta temperatura para controlar la acumulación de deformación por fluencia, así como análisis de ingeniería para predecir su vida útil.

Dureza

La familia de aceros P91 es un acero inoxidable ferrítico/martensítico 9-12% Cr utilizado en entornos nucleares y centrales eléctricas para conseguir propiedades mecánicas superiores a temperaturas elevadas. Debido a su bajo contenido en carbono, niobio y nitrógeno, reduce el agrietamiento inducido por la soldadura; sin embargo, debido a su mayor templabilidad, puede formar una zona afectada por el calor (ZAT) excesivamente dura, que provoque agrietamiento inducido por hidrógeno, lo que puede provocar fallos tanto en las soldaduras como en los componentes.

Recientemente, la planta de Siemens pidió a SI que evaluara una reparación de soldadura de gran envergadura de una válvula de un recipiente a presión tras un incidente relacionado con un incendio, con el fin de determinar si podía haberse producido algún material fuera de especificación y, en caso afirmativo, si podía corregirse antes de que expirara la garantía.

SI realizó un análisis del material y determinó que su blandura no se debía al fuego, sino probablemente a una PWHT ineficaz.

La temperatura y la duración del PWHT son de vital importancia para crear soldaduras disimilares con una microestructura y dureza óptimas, como en este estudio realizado con soldaduras de arco metálico blindado multipaso de Inconel 625 como metal de aportación. Los resultados demostraron que utilizando PWHT a 750 ºC durante 2, 4 ó 6 horas como tiempo y temperatura de PWHT preferidos se conseguían ambas cosas, disminuir eficazmente la dureza en las regiones HAZ y, al mismo tiempo, mantener una microestructura adecuada para permitir un alto rendimiento de las propiedades mecánicas a temperaturas elevadas.

Dureza

El acero P91 se desarrolló específicamente para su uso en reactores nucleares de Generación IV. Gracias a su alto contenido en cromo y a la adición de vanadio y niobio como elementos de aleación, el P91 ofrece una resistencia a la fluencia significativamente mayor que sus homólogos menos aleados.

Propiedades del material: esta aleación es muy soldable y presenta una excelente resistencia a la fatiga térmica y a la corrosión, aunque es susceptible al agrietamiento asistido por hidrógeno (HAC). Pueden utilizarse métodos de soldadura por arco sólido y por gas; sin embargo, debe realizarse un tratamiento térmico posterior a la soldadura para obtener unas propiedades de fluencia óptimas.

El HAC en soldaduras de P91 puede deberse a unas condiciones de soldadura incorrectas y a una selección incorrecta del material de aportación, y también puede verse agravado por una geometría de soldadura no uniforme y por el uso de escoria. Además, puede manifestarse como soldaduras disimilares entre soldaduras de grado 91 y otros materiales soldables, como los procesos de soldadura de P22 o Inconel 625.

Obsérvese que actualmente es imposible reparar componentes de grado 91 sin someterlos posteriormente a PWHT debido a las metodologías actuales de reparación de soldaduras que producen soldaduras con una microestructura no refinada en la ZAT y con un revenido limitado. Por lo tanto, se deben llevar a cabo pruebas y ensayos exhaustivos adicionales de reparación de soldaduras con respecto a la tenacidad de la ZAT y la resistencia a la fluencia de la soldadura cruzada, junto con un análisis de cualquier causa de fallo, como el engrosamiento del grano y los problemas de microestructura.

Módulo elástico

El módulo elástico es una medida de la facilidad con la que los materiales pueden estirarse o doblarse, y se determina dividiendo su tensión por su deformación. La prueba de la curva tensión-deformación es una forma muy valiosa de identificar este parámetro: se aplican pequeñas deformaciones incrementales y luego se trazan en un gráfico que revela sus valores de módulo elástico, algo esencial a la hora de calcular las propiedades mecánicas de los materiales.

Las curvas tensión-deformación suelen mostrar un comportamiento lineal, lo que significa que los materiales son elásticos. Este comportamiento se explica por la ley de Hooke, que establece que la tensión aplicada a los materiales debe ser proporcional a su deformación; el módulo de Young mide esta correlación y mide la tensión dividida por la deformación.

Las curvas tensión-deformación suelen presentar no linealidad en un momento determinado, cuando el material ha entrado en su región de deformación plástica, lo que indica que se trata de una deformación plástica. En esta fase, la tensión y la deformación ya no varían inversamente, sino que responden de forma predecible a las tensiones. La elasticidad del material viene determinada por la pendiente de la parte no lineal de la curva; esta ecuación da sus valores: EDL L0 L L 0/D L 0/D

Resistencia a la corrosión

El acero de grado 91 (designación EN X10CrMoVNb9-1) es un acero aleado 9Cr-1Mo con altos niveles de cromo, vanadio y niobio que presenta una mayor resistencia a la fluencia. Este grado de 9Cr-1Mo se utiliza a menudo para cabezales de centrales nucleares, así como para otras aplicaciones de revestimiento y conductos en centrales nucleares, y presenta una excelente resistencia a los daños por radiación, así como a la oxidación y la corrosión a temperaturas elevadas.

Las uniones disimilares soldadas con arco metálico (SMAW) formadas por aceros P91 y P22 pueden producir una tenacidad al impacto débil debido a la formación de martensita no templada en la zona de fusión de la soldadura, lo que requiere la selección de un rango óptimo de temperaturas de precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para obtener soldaduras satisfactorias.

Las temperaturas PWHT varían en función de la composición y el porcentaje de manganeso y níquel del acero, concretamente cuando se considera el contenido de Mn + Ni; los porcentajes más elevados reducen la temperatura crítica de transformación.

Se llevaron a cabo estudios para investigar el impacto de los niveles de hidrógeno difusible y las condiciones de tratamiento térmico en la microestructura y las propiedades mecánicas de soldaduras a tope multipasadas con arco metálico protegido (SMAW) de grado 91 utilizando microscopía electrónica de barrido de emisión de campo, medición del hidrógeno difusible por mercurio, ensayos de tracción a temperatura ambiente, ensayos Charpy y espectroscopía de rayos X de energía dispersiva. Los resultados demostraron que el uso de PWHT subcrítico con tratamientos de normalización/templado producía una microestructura óptima con buenas propiedades de tracción y tenacidad Charpy.