Matrix replica-based assessment of the microstructure of primary steam piping elbows after long-term operation

Evaluación basada en réplicas matriciales de la microestructura de codos de tuberías de vapor primario tras un funcionamiento a largo plazo

El grado de degradación de los aceros ferrítico-pearlíticos se evalúa describiendo el tamaño, la dispersión y la distribución de los carburos a lo largo de los límites de grano, el crecimiento del grano y la aparición de microfisuras. El artículo informa de los resultados de la evaluación microestructural de codos de tuberías de vapor primario fabricados con acero 13HMF. Se realizó un análisis digital de imágenes de réplicas de matriz. Incluyó la clasificación de microestructuras en términos de clases de cambio perlita/bainita (fragmentación de placas de cementita, esferoidización, coagulación) y la evaluación de procesos de precipitación de carburos y procesos de daño (presencia de poros de fluencia orientados aislados y microfisuras). Se observó que las zonas de perlita/bainita desaparecían por completo tras un funcionamiento a largo plazo.

INTRODUCCIÓN

Los aceros al Cr-Mo-V se utilizan ampliamente en las industrias de generación de energía y petroquímica debido principalmente a su buena resistencia a la corrosión a alta temperatura y a la fluencia. La relación coste/beneficio de producción es favorable y la gama de aplicaciones del acero Cr-Mo-V incluye componentes a presión para calderas y tuberías.

A pesar de sus superiores propiedades de resistencia, estos aceros se degradan a temperaturas elevadas y en servicio de presión variable. Para garantizar un funcionamiento seguro, las industrias de generación de energía o petroquímica exigen que los componentes de las plantas se sometan a inspecciones periódicas.

En la actualidad, no existe una evaluación normalizada/basada en cálculos de la degradación de los aceros ferrítico-perlíticos. El procedimiento utilizado implica una evaluación descriptiva del tamaño y la dispersión de los precipitados, la liberación de carburos a lo largo de los límites de grano, el crecimiento del grano y la aparición de microfisuras [1-4]. La microestructura de los aceros bainíticos o ferro-bainíticos puede no mostrar cambios tan significativos durante el envejecimiento [5,6], lo que dificulta aún más la evaluación del nivel de degradación. Aquí, los procesos de coagulación de carburos que contienen elementos de aleación agotan la matriz de estos elementos. Se produce una reducción de la solución sólida y la evaluación del material sin el conocimiento de la microestructura primaria se ve significativamente dificultada [7]. Varios estudios han informado de intentos de aplicar métodos computacionales de evaluación de la perlita mediante análisis de imágenes y algoritmos de aprendizaje automático [8-11].

MATERIALES Y MÉTODOS EXPERIMENTALES

La evaluación de la degradación de la microestructura se realizó en micrografías de réplicas de codos/ codos de las tuberías de vapor primarias fabricadas con acero 13HMF (superficies externas, zonas de tracción de los codos y secciones rectas).