Estudio del comportamiento a corrosión y a cavitación en aceros de alta aleación y bronces de alta aleación: influencia de la microestructura

Abstract

En aplicaciones industriales, el fenómeno electroquímico de la corrosión puede derivar en graves problemas con importantes consecuencias, tanto económicas como medioambientales, a causa de fallos en los componentes o estructuras. Asimismo, en numerosas situaciones, están involucrados flujos turbulentos y agresivos, cuyas inherentes diferencias de presión generan pequeñas burbujas de vapor que terminan por colisionar en las estructuras de, por ejemplo, tuberías o bombas, provocando daños mecánicos severos. Para tolerar entornos con presencia de los fenómenos descritos, los bronces de alta aleación se postulan como candidatos ideales. Estas aleaciones, según el porcentaje de los elementos constituyentes, se dividen en Nickel-Aluminium-Bronze (NAB) y Manganesum- Aluminium-Bronze (MAB), donde ambas presentan una microestructura compleja con diversas fases y precipitados. Recientemente, como mejor alternativa, se erigen los aceros inoxidables dúplex, divididos en leanduplex (LDSS), superduplex (SDSS) e hyperduplex (HDSS), de microestructura bifásica. Sin embargo, en situaciones de reparación, el material puede sufrir modificaciones microestructurales, dando lugar a la formación de compuestos intermetálicos no deseados, destacando la presencia de la fase σ en los aceros, con capacidad de afectar negativamente las propiedades del material en relación con los fenómenos comentados. Dada la importancia de este aspecto en la industria, es sorprendente la escasez de estudios que aborden la relación entre cambios microestructurales y los procesos de corrosión y/o cavitación, siendo esta falta aún más notable en el caso de los aceros dúplex. Así, este Trabajo Fin de Grado pretende entender y estudiar la relación entre las modificaciones microestructurales y la corrosión y cavitación, tanto en bronces como en aceros de alta aleación, a través de la propuesta de modelos que expliquen las situaciones observadas, tras el diseño y la aplicación de tratamientos térmicos, y, en el caso de los materiales con menos referencias bibliográficas publicadas, aportar información que ayude a esclarecer las dinámicas de cambio de las fases presentes. Tras el análisis de resultados, ha sido posible concluir que los precipitados, así como el aumento en la proporción de fases blandas por aplicación de tratamiento térmico, suponen un detrimento en el comportamiento de ambos materiales frente a cavitación. Por otro lado, su influencia en las propiedades corrosivas es más compleja, especialmente en los aceros dúplex, donde la difusión de elementos pesados y la secuencia de nucleación juegan un papel importante. Finalmente, se ha detectado y analizado una relación directa entre tamaño, morfología y distribución de las fases y su comportamiento frente a los fenómenos estudiados.

In industrial applications, the electrochemical phenomenon of corrosion can lead to serious problems with significant economic and environmental consequences due to component or structural failure. Also, in many situations, turbulent and aggressive flows are involved, whose inherent pressure differences generate small vapour bubbles that end up colliding with the structures of, for example, pipes or pumps, causing severe mechanical damage. High alloy bronzes are ideal candidates to tolerate environments with the phenomena described above. Depending on the percentage of the constituent elements, these alloys are divided into Nickel-Aluminium-Bronze (NAB) and Manganesum-Aluminium-Bronze (MAB), both of which have a complex microstructure with various phases and precipitates. Recently, as a better alternative, the duplex stainless steels, divided into leanduplex (LDSS), superduplex (SDSS) and hyperduplex (HDSS), with a two-phase microstructure, have emerged. However, in repair situations, the material can undergo microstructural modifications, giving rise to the formation of undesirable intermetallic compounds, highlighting the presence of the σ phase in steels, with the capacity to negatively affect the properties of the material in relation to the aforementioned phenomena. Given the importance of this aspect in the industry, it is surprising the scarcity of studies that address the relationship between microstructural changes and corrosion and/or cavitation processes, being this lack even more notable in the case of duplex steels. Thus, this Final Degree Project aims to understand and study the relationship between microstructural modifications and corrosion and cavitation, both in bronzes and high-alloy steels, by proposing models that explain the situations observed, after design and application of heat treatments, and, in the case of materials with fewer published bibliographical references, to provide information that helps to clarify the dynamics of change of the phases present. After the analysis of the results, it has been possible to conclude that precipitates, as well as the increase in the proportion of soft phases due to the application of heat treatment, have a detrimental effect on the cavitation behaviour of both materials. On the other hand, their influence on the corrosive properties is more complex, especially in duplex steels, where the diffusion of heavy elements and the nucleation sequence play an important role. Finally, a direct relationship between size, morphology and distribution of the phases and their behaviour against the phenomena studied has been detected and analysed.