Fenómenos de envejecimiento y oxidación a altas temperaturas en tres aceros inoxidables altamente aleados

J. Botella, J. Almagro, E. Otero, P. Hierro, C. Merino
1999 Revista de Metalurgia  
Resumen Se parte de tres aceros inoxidables austeníticos refractarios (25Cr20Ni, 21CrllNi (1) , 21CrllNi (2) ) y se estudian las cinéticas de oxidación al aire, hasta 50 h a 1.373 y 1.473 K. El mejor comportamiento a 1.373 K corresponde al acero 25Cr20Ni seguido de cerca del 21CrllNi (1) con 0,036 % de lantánidos, mientras que el peor comportamiento corresponde al 21Crl lNi (2) con 0,010 % de lantánidos. A 1.473 K también se comporta mejor el 25Cr20Ni, a distancia de los otros inoxidables. Un
more » ... atamiento de oxidación al aire de 2 h a 1.323 K da lugar a capas de oxidación de 1 a 3 fxm de espesor en los tres materiales y, en el examen de las capas de óxidos mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), microanálisis por dispersión de energías de rayos X (EDX) y difracción de rayos X (DRX), se observan las mismas características en los tres aceros: espinelas tipo MnCr 2 0 4 en el exterior, Cr 2 0 3 en el interior, con barreras de Si0 2 en la interfase óxido-metal y precipitados internos e intergranulares (también de Si0 2 ) muy abundantes en los aceros 21Crl INi. Los ensayos de envejecimiento de 400 h a 1.073 K producen en el acero 25Cr20Ni (AISI 310 S) alrededor de un 10 % vol. de fase o\ mientras que los aceros 21Crl INi o no la forman o lo hacen en muy pequeña cantidad, pudiendo influir en ello los elevados niveles de nitrógeno de estos últimos. La aplicación de la MEB con filamento de emisión de campo (EC) con EDX permite el análisis de la fase a así como de los carburos, nitruros y carbonitruros presentes. El acero 25Cr20Ni sólo forma, junto con a, carburos tipo M 23 C 6 , mientras que el acero 21CrllNi (1) forma estos carburos y nitruros M 15 N (M 8 N en la superficie) y el acero 21CrllNi (2) preferentemente forma M 6 (CN). Esta diferencia de comportamiento de los aceros 21CrllNi también puede ser imputable a los niveles de nitrógeno relativamente mayores de la aleación 21CrllNi (1) . Palabras clave: Aceros inoxidables. Austeníticos refractarios. Oxidación al aire. Altas temperaturas. Envejecimiento térmico. Fase o\ Precipitados. Ageing and high temperature oxidation phenomena in three high alloyed stainless steels Abstract The oxidation kinetics in air up to 50 h at 1,373 and 1,473 K of three refractory stainless steels (25Cr20Ni, 21Crl lNi (1) , 21Crl lNi (2) ) are studied. At 1,373 K, the best results are those of 25Cr20Ni followed by those of 21CrllNi (1) , with 0,036 % lanthanides, and the worst behaviour is that of 21CrllNi (2) , with 0,010 % lanthanides. A 2 h oxidation treatment at 1,323 K in air produces oxidation layers from 1 to 3 Jim in thickness for the three materials. Scanning electrón microscopy and energy dispersive microanalysis (SEM -EDX) and X-ray diffraction (XRD) characterisation of the oxidation layers give the same characteristics for the three steels: MnCr 2 0 4 spinel type in the outer part, Cr 2 0 3 in the inner one, with a Si0 2 barrier in the oxide-metal interface and a large amount of internal and intergranular precipitates (also Si0 2 ) in 21CrllNi materials. After ageing tests, at 1,073 K for 400 h, about 10 vol. % of the cr-phase is present in the 25Cr20Ni (AISI 310 S) material, while no a-phase is present in the 21Crl INi materials perhaps due to the high nitrogen content. The application of field emission SEM with EDX allows the analysis of cr-phase and carbides, nitrides and carbonitrides present. The steel 25Cr20Ni only forms, in addition to the a-phase, M 23 C 6 type (" ' Dpto. de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Complutense. 28040-Madrid (España). Trabajo recibido el día 21 de noviembre de 1997 y aceptado en su forma final el 23 de octubre de 1998. Acerinox, S.A. Centro de Investigación y Ensayos. 11379 Palmones, Los Barrios (Cádiz, España). 22 (c) Consejo Superior de Investigaciones Científicas Licencia Creative Commons 3.0 España (by-nc) http://revistademetalurgia.revistas.csic.es Keywords: carbides, while the steel 21CrllNi (1) forms these carbides and M I5 N nitrides (M 8 N in the surface) and the steel 21Crl lNi (2) forms mainly carbonitrides M 6 (CN). The relatively higher nitrogen level in the 21Crl lNi (1) alloy could explain the different behaviour of both 21Crl INi steels. Stainless steels. Refractory austenitic steels. Air oxidation. High temperature. Thermal ageing. cr-phase. Precipitates. (c) Consejo Superior de Investigaciones Científicas Licencia Creative Commons 3.0 España (by-nc) http://revistademetalurgia.revistas.csic.es (c) Consejo Superior de Investigaciones Científicas Licencia Creative Commons 3.0 España (by-nc)
doi:10.3989/revmetalm.1999.v35.i1.602 fatcat:lu3b45zakvhwzfpafjybxjt45e