Ottimizzazione del trattamento termico di rinvenimento per un acciaio inossidabile supermartensico 16Cr5Ni(Mo) per compressori centrifughi operanti in ambienti sour.

Il presente lavoro di tesi si propone l’ottimizzazione dei trattamenti termici di rinvenimento per un acciaio inossidabile supermartensitico 16Cr5Ni(Mo), in questo caso impiegato per la realizzazione di giranti di compressori di grandi dimensioni che lavorano in ambienti caratterizzati dalla presenza di acido solfidrico (ambienti sour), ambienti conducibili per acciai alto resistenziali martensitici a fenomeni di infragilimento da idrogeno e corrosione sotto sforzo (Sulphide Stress Corrosion Cracking). Al fine di mitigare il rischio di rotture, le Norme NACE americane prevedono l’esecuzione di trattamenti termici di rinvenimento doppi che limitino le durezze finali dei componenti, condizioni da rispettare per poter poi commercializzare i prodotti industriali. Tuttavia, malgrado uno stretto controllo delle composizioni chimiche dei prodotti siderurgici in ingresso e l’esecuzione controllata in termini di temperature di rinvenimento e tempi di permanenza, si riscontrano notevoli difficoltà a garantire consistenza dei risultati finali in termini di caratteristiche finali, con notevoli rischi di scarto di costosi componenti finiti. Appare quindi evidente la necessità di comprendere maggiormente l’evoluzione microstrutturale di questa classe di acciai nel corso del rinvenimento dallo stato temprato, al fine di valutare l’influenza delle diverse variabili che possono influenzare la risposta del materiale in temperatura e, di conseguenza, nel corso del raffreddamento finale. Si è quindi condotta una campagna di prove sperimentali partendo da diversi stati di quenching iniziale (tempra in olio e tempra sub-zero a -30 °C) valutando l’evoluzione strutturale a diverse temperature di rinvenimento variabili nell’intervallo 600-700 °C. Lo studio è stato condotto impiegando un simulatore termo meccanico GLEEBLE 3800, in modo da evidenziare dapprima la temperatura di trasformazione martensitica Ms mediante prove diatometriche, per poi rinvenire l’acciaio considerato e valutare sugli stessi provini la variazione delle caratteristiche meccaniche. A tali prove si sono associati studi strutturali condotti prevalentemente mediante Microscopia Elettronica in Transmissione (TEM) e rilievi di composizione chimica semiquantitativa su aree ristrette mediante spettroscopia EDS. Da una prima campagna di prove sperimentali è emersa una notevole complessità dell’evoluzione microstrutturale in rinvenimento, in buona parte conseguente alla conpresenza di fenomeni quali la distensione della matrice martensitica e parziale formazione di austenite di reversione. Proprio quest’ultima rende assai variabile il risultato finale del rinvenimento, poiché la sua potenziale instabilità in raffreddamento comporta il rischio di formazione di martensite vergine con incremento della durezza dell’acciaio. I risultati delle analisi e prove condotte hanno permesso di individuare come causa originaria della variabilità dei risultati finali la presenza o meno di austenite residua nell’acciaio allo stato temprato prima del rinvenimento. Per poter confermare tale indicazione, si è quindi effettuato un confronto con campioni provenienti da una seconda colata industriale avente composizione chimica assai simile alla precedente, ma capace di esibire al termine dei trattamenti termici caratteristiche meccaniche sensibilmente diverse dalla colata precedente e fuori specifiche NACE. Dai risultati ottenuti si è avuto conferma che la diversa risposta ai trattamenti termici poteva di fatto essere spiegata dalla totale assenza di austenite residua nel come temprato, fase invece presente nella colata precedente. La possibilità che colate industriali aventi composizioni chimiche del tutto analoghe potessero poi avere allo stato come temprato presenza o meno di austenite residua è stata tentativamente attribuita a problemi di segregazione di soluto durante processo di solidificazione. Per verifica, si è quindi condotto un trattamento termico molto prolungato a 1200°C per 24 ore per ottenere massima omogeneizzazione strutturale. Di fatto, dopo tale trattamento le due colate esibivano strutture e caratteristiche meccaniche allo stato temprato del tutto sovrapponibili, presupposto per esibire nei trattamenti termici di rinvenimento la stessa evoluzione strutturale e, di conseguenza, le stesse caratteristiche meccaniche finali