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

Resumen

Se parte de tres aceros inoxidables austeníticos refractarios (25Cr20Ni, 21Cr11Ni₍₁₎, 21Cr11Ni₍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 21Cr11Ni₍₁₎ con 0,036 % de lantánidos, mientras que el peor comportamiento corresponde al 21Cr11Ni₍₂₎ con 0,010 % de lantánidos. A 1.473 K también se comporta mejor el 25Cr20Ni, a distancia de los otros inoxidables. Un tratamiento de oxidación al aire de 2 h a 1.323 K da lugar a capas de oxidación de 1 a 3 μm 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 MnCr₂O₄ en el exterior, Cr₂O₃ en el interior, con barreras de SiO₂ en la interfase óxido-metal y precipitados internos e intergranulares (también de SiO₂) muy abundantes en los aceros 21Cr11Ni. 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 σ mientras que los aceros 21Cr11Ni 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 M₂₃C₆, mientras que el acero 21Cr11Ni₍₁₎ forma estos carburos y nitruros M₁₅N (M₈N en la superficie) y el acero 21Cr11Ni₍₂₎preferentemente forma M₆(CN). Esta diferencia de comportamiento de los aceros 21Cr11Ni también puede ser imputable a los niveles de nitrógeno relativamente mayores de la aleación 21Cr11Ni₍₁₎.