Characterization of Microstructural Changes in a Duplex Stainless Steel Using Spectral Analysis and Conventional Ultrasonic Techniques

Abstract

In the present study, spectral analysis of ultrasonic signals and measurements of the velocity of longitudinal ultrasonic waves have been carried out on a duplex stainless steel type 2205. Specimens were annealed at 875°C in time periods between 1800 and 86400 s in order to promote microstructural changes associated to σ-phase formation. Transducers with frequencies of 5, 10 and 17 MHz were used to obtain power spectra. The spectra corresponding to long time treatments showed a high attenuation of the ultrasonic waves, which is attributed to the precipitation of σ-phase and secondary austenite. Furthermore, overall results suggest that spectra obtained at frequencies of 10 and 17 MHz allow, with acceptable accuracy, distinguishing the microstructural changes that take place in this duplex steel for prolonged aging times.

Evaluación ultrasónica de las fases formadas de un acero inoxidable dúplex 2205 tratado térmicamente a 750 °C y su comportamiento frente a la corrosión

“…La alta susceptibilidad de los aceros inoxidables dúplex a la formación de fases intermetálicas es atribuida a la composición química de la fase α, debido a que es más rica en elementos formadores de fase σ, como lo son el Cr y Mo, y más pobre en elementos de estabilización de γ, como el C, N y Ni (Escriba et al, 2009). La alta velocidad de difusión de los elementos que componen la fase σ, originada por la semejanza entre la estructura tetragonal de la fase σ y la estructura BCC de la fase α en la red cristalina, tiene como consecuencia la precipitación preferencial de la fase σ a partir de la α (Gunn, 1997;Rodríguez et al, 2011a). La Fig.…”

“…9), los resultados muestran una variación que coincide con los cambios microestructurales que tienen lugar por efecto del tratamiento térmico, particularmente por la precipitación de las fases χ, σ y la formación de γ 2 , junto con una variación considerable del tamaño de grano que se produce a medida que aumenta el tiempo de tratamiento. Los resultados revelan incrementos en la atenuación a determinados tiempos (2, 3 y 4 h) para cada uno de los palpadores utilizados, particularmente en aquellos tiempos en los que el tamaño y la morfología de los precipitados cambia significativamente así como también el tamaño de grano austenítico, lo que corrobora el efecto de la cantidad, tamaño y morfología de las fases presentes sobre las propiedades acústicas del material (Rodríguez et al, 2011a). En el caso de los palpadores de 22,0; 10,0 y 2,25 MHz (ver Fig.…”

“…Desde hace más de dos décadas las técnicas ultrasónicas se utilizan como una herramienta de evaluación en la caracterización de materiales, permitiendo evaluar la influencia de la microestructura sobre la velocidad de propagación de la onda, particularmente con la presencia de precipitados y de diferentes fases (Rodríguez et al, 2011a). Estudios recientes en aleaciones metálicas han evaluado la influencia de la microestructura sobre los parámetros acústicos, entre los que destacan la velocidad longitudinal y la transversal (Jayakumar et al, 1991;Hakan y Orkun, 2005;Rajkumar et al, 2007).…”

“…Ruiz et al (2009) estudiaron el efecto de los cambios microestructurales en probetas laminadas de aceros inoxidables dúplex por medio de mediciones ultrasónicas, mostrando la sensibilidad de estos parámetros ultrasónicos (coeficiente de atenuación en modo longitudinal y velocidad de la onda transversal) a los cambios que se presentan en el material por efecto del tratamiento térmico, tales como las transformaciones de fase y la precipitación de segundas fases. Finalmente, Rodríguez et al (2011a) evaluaron probetas de acero inoxidable dúplex 2205…”

“…Así pues, al efectuar la evaluación ultrasónica, las características microestructurales del material pueden afectar a la respuesta ultrasónica. La velocidad de la onda longitudinal y el coeficiente de atenuación asociado a la interacción con la microestructura son dos de los parámetros más comúnmente utilizados por esta técnica en la caracterización de materiales (Rodríguez et al, 2011a).…”