Influência da fase sigma no comportamento à erosão por cavitação em solda de aço inoxidável austenítico 309L

Abstract

Resumo: A erosão por cavitação é a principal causa de parada de manutenção em turbinas hidráulicas. O reparo da superfície erodida normalmente é realizado por soldagem dissimilar em múltiplos passes, utilizando tradicionalmente depósitos de solda de aço inoxidável austenítico AISI 309L, seguido de tratamento térmico e usinagem. A soldagem em vários passes e o tratamento térmico pós soldagem, dependendo das condições empregadas, podem ajudar a precipitar fases indesejáveis na solda resultante, como a fase sigma. Inserido neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo investigar a influência desta fase no comportamento à erosão por cavitação na solda do aço inoxidável austenítico AISI 309L. As amostras de solda deste material foram tratadas termicamente a 850 °C, em diferentes tempos, para promover a precipitação da fase sigma. O comportamento à erosão por cavitação foi avaliado segundo a norma ASTM G32-10. Para dar suporte às discussões sobre os resultados do ensaio de resistência à erosão por cavitação, as amostras foram caracterizadas por meio de análise metalográfica, difração de raios-X, medições de dureza Vickers, ensaio de impacto Charpy, espectroscopia de impedância eletroquímica e MEV-EDS. A presença da fase sigma promoveu a redução da resistência à erosão por cavitação caracterizada pela redução de 78 % do período de incubação e o aumento de 30 % da taxa de erosão máxima. Constatou-se que tal comportamento está relacionado ao efeito ocasionado pela fase sigma em promover a redução da resistência à corrosão e da tenacidade do material. Palavras-chave:

Abstract: Cavitation erosion is the main cause of shutdown maintenance in hydraulic turbines. The repair of the eroded surface is usually performed by dissimilar welding in multiple passes, traditionally using AISI 309L austenitic stainless-steel welding deposits, followed by heat treatment and machining. Multi-pass welding and postwelding heat treatment, depending on the conditions employed, can help to precipitate undesirable phases in the resulting weld, such as the sigma phase. Thus, the present study aimed to investigate the influence of this phase on the behavior of cavitation erosion in the welding of AISI 309L austenitic stainless steel. The weld samples of this material were heat treated at 850 °C, at different times, to promote the precipitation of the sigma phase. The cavitation erosion behavior was evaluated according to the ASTM G32-10 standard. To support discussions on the results of the cavitation erosion resistance test, the samples were characterized by metallographic analysis, X-ray diffraction, Vickers hardness measurements, Charpy impact test, electrochemical impedance spectroscopy and SEM- EDS. The presence of the sigma phase promoted a reduction in resistance to erosion by cavitation, characterized by a 78 % reduction in the incubation period and an increase of 30 % in the maximum erosion rate. It was found that such behavior is related to the effect caused by the sigma phase in promoting the reduction of corrosion resistance and material toughness. Keywords: Austenitic stainless steel. Sigma phase. Erosion. Cavitation. Corrosion