Caracterização da tenacidade à fratura do aço inoxidável martensítico macio CA6NM temperado e revenido e em juntas soldadas sem TTPS

Abstract

Resumo: Em turbinas hidráulicas, a soldagem é utilizada em duas situações distintas: na união das pás ao corpo da turbina, e no reparo de cavitação e trincas de fadiga. Após a soldagem das pás, está previsto um tratamento térmico para garantir níveis adequados de tenacidade, sendo inviável sua aplicação em soidas de reparo. A liga CA6NM é classificada como um aço inoxidável martensítico macio, e possui tensão de escoamento e tenacidade altas, boa resistência à corrosão e cavitação, e uma melhor soldabilidade que os aços inoxidáveis martensíticos convencionais, sendo cada vez mais utilizada em rotores de turbinas hidráulicas, bombas e compressores, assim como em componentes da indústria química e petroquímica. O objetivo da pesquisa é caracterizar a tenacidade à fratura do aço CA6NM com 0,021%C, temperado e revenido, e em juntas soldadas sem tratamento térmico posterior à soldagem (TTPS). Corpos de prova C(T) foram usinados a partir de tarugos retirados de turbinas hidráulicas após o TTPS. Pela condição elasto-plástica apresentada pelo material temperado e revenido, essas amostras foram ensaiadas através da integral J, sendo levantada a curva de resistência J-R e caracterizado o início de crescimento da trinca Jjq. Nas juntas soldadas sem TTPS, a fragilidade apresentada não permitiu o levantamento da curva J-R, e a tenacidade à fratura foi caracterizada através de Kic. O metal de aporte utilizado, AWS E410NiMo T l, possui composição química similar ao metal base, e o procedimento de soldagem buscou associar as condições recomendadas de soldagem do material com as apresentadas em um reparo de cavitação, onde o tratamento térmico posterior não é viável. Os mecanismos de fratura foram caracterizados através de análise macroscópica, metalográfica e por microscopia eletrônica de varredura nas amostras fraturadas. Os resultados confirmam a tenacidade elevada para o metal base temperado e revenido, com valores três vezes menores nas juntas soldadas sem TTPS, que apresentou comportamento frágil

Abstract: In hydraulic turbines, the welding is used in two distinct situations: in the union of the blades to the body of the turbine, and in the repair of cavitation and fatigue cracks. After welding of the blades, it is foreseen a thermal treatment to guarantee adequate leveis of toughness, being its application impracticable in repair weldments. The CA6NM alloy is classified as a soft marthensitic stainless steel, and possess high yield strength and toughness, good resistance to the corrosion and cavitation, and one better weldability than the common marthensitic stainless steels, and being more used in rotors of hydraulic turbines, pumps and compressors, as well as in components of the Chemical and petrochemical industry. The objective of the research is to characterize the fracture toughness of the CA6NM steel with 0,021%C, quenched and tempered, and in welded joints without post-weld thermal treatment (PWTT). C(T) testing bodies had been machined from removed pieces of hydraulic turbines after the PWTT. Due to the elasto-plastic condition presented by the quenched and tempered material, these samples had been tested through the J integral, being raised the J-R resistance curve and characterized the beginning of crack growth Jjc. In welded joints without PWTT, the observed weakness did not allow the construction of the J-R curve, and the fracture toughness was characterized through the K j c- The used electrode, AWS E410NiMo T l, has similar Chemical composition as the metal base, and the welding procedure looked for to associate the recommended conditions of welding of the material with the presented ones in a cavitation repair, where the posterior thermal treatment is not viable. The fracture mechanisms had been characterized through macrocospic, metallographic and by scanning electronic microscopy analysis in the broken samples. The results confirm the high toughness for the quenched and tempered base metal, with values three times fewer in the welded joints without PWTT, that presented weaker behavior