Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
INFLUENCIA DE LA MICROESTRUCTURA SOBRE LA DIFUSIÓN Y
ATRAPAMIENTO DE HIDRÓGENO EN UN ACERO 9Cr-1Mo
Hurtado Noreña C. (1) , Bruzzoni P. (2)
(1) Universidad de San Martín, Instituto de Tecnología Jorge A. Sabato, Av. General Paz 1499,
San Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina
(2) Comisión Nacional de Energía Atómica, Centro Atómico Constituyentes, Av. General Paz 1499,
San Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina
E-mail (autor de contacto): hurtado@cnea.gov.ar
RESUMEN
Los aceros 9Cr-1Mo, tales como el P91, son usados en componentes de plantas de generación de energía
eléctrica que operan a altas temperaturas debido a sus excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la
corrosión. Estas buenas propiedades a alta temperatura son atribuidas a la formación de una
microestructura en particular que contiene carburos submicroscópicos de Nb y V.
Sin embargo, estos materiales pueden sufrir una degradación de sus propiedades y fallar durante el servicio
como consecuencia de cambios microestructurales que pueden presentarse debido a largos periodos de
exposición a elevadas temperaturas o calentamiento local excesivo del componente. También, pueden sufrir
daño por hidrógeno al ser enfriados durante las paradas de la planta.
En este trabajo, se estudia la influencia de la microestructura sobre la difusión de hidrógeno en un acero
P91 sometido a diferentes tratamientos térmicos: recocido, templado, templado y revenido a 300ºC, 500ºC y
780ºC. Para determinar la interacción del hidrógeno con el material estudiado, se realizaron ensayos de
permeación de hidrógeno en fase gaseosa a 30ºC, 50ºC y 70ºC, con el fin de calcular el coeficiente de
difusión aparente para cada una de las microestructuras estudiadas.
La microestructura de cada una de estas condiciones metalúrgicas, fue caracterizada por medio de técnicas
de microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido; además, se realizaron mediciones de
microdureza y difracción de rayos X.
Palabras Clave: Permeación, microestructura, difusión, difracción
1. INTRODUCCIÓN
La selección de aceros 9Cr-1Mo para aplicaciones en plantas de energía eléctrica, industrias químicas e
industrias petroleras, está dada principalmente por las excelentes propiedades mecánicas a temperaturas de
servicio y la buena resistencia a la corrosión en sistemas agua-vapor que poseen estos aceros cuando son
usados en una condición metalúrgica específica, correspondiente microestructuralmente a una martensita
revenida, obtenida a partir de un tratamiento de normalizado a aproximadamente 1040ºC, y posterior
tratamiento de revenido a aproximadamente 780ºC.
Las buenas propiedades mecánicas a alta temperatura están determinadas por una microestructura particular
que contiene carburos submicroscópicos de Nb y V, formados a partir de los tratamientos de revenido a
temperaturas superiores a 500ºC. Por lo tanto, estos materiales son usados generalmente en la condición
metalúrgica mencionada tal que la microestructura obtenida sea estable en condición de servicio
(temperaturas del orden de 500°C), pero a pesar de esto, pueden sufrir cambios microestructurales
ocasionados por una larga exposición a elevada temperatura o excesivo calentamiento local de los tubos
causado por fallas en las condiciones normales de operación de la planta, lo que lleva a la degradación de las
propiedades mecánicas y de la resistencia a la corrosión [1,2].
La microestructura juega un papel muy importante en la difusión y atrapamiento de hidrógeno, estando estos
fenómenos asociados fundamentalmente con la presencia de trampas que entorpecen la difusión del
hidrógeno en el material. Las trampas son defectos de la red tales como bordes de grano, dislocaciones e
interfases matriz-precipitados. El atrapamiento de hidrógeno en el material puede afectar significativamente
el comportamiento mecánico de éste; por lo tanto, debe tenerse en cuenta que pequeñas variaciones en la
composición química y diferentes tratamientos termomecánicos aplicados pueden causar diferencias en la
concentración de trampas así como en la difusión del hidrógeno.
En este trabajo, se estudia el comportamiento de un acero 9Cr1Mo frente al hidrógeno, empleando la técnica
de permeación de hidrógeno en fase gaseosa; el material fue sometido a diferentes tratamientos térmicos con
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