Efecto de la orientación de la microestructura en la trayectoria de fractura del acero bajo carbono

Abstract

RESUMEN: Se estudió el efecto de la orientación microestructural en la trayectoria de fractura de tubos de acero bajo carbono, mediante caracterización mecánica y metalúrgica; en conjunto con el desarrollo de un procedimiento experimental para la determinación de la tenacidad a la fractura en la dirección corta transversal de los tubos, mediante el uso de probetas compactas de tensión fabricadas a partir de tiras de placa de la zona de interés, unidas por soldadura a extensiones de acero para completar la dimensión de una probeta estándar, superando la restricción de tamaño para la fabricación de probetas compactas de tensión de una sola pieza. De esta manera, por primera vez, se demostró que la dirección corta transversal de placas de acero bajo carbono presenta la menor resistencia mecánica y tenacidad; mientras que los valores más altos se observan en la dirección circunferencial. Se determinó que, cuando el plano de fractura es paralelo a las bandas de perlita en la orientación corta transversal, la trayectoria de propagación de grieta presenta la menor resistencia, debido a que la trayectoria de fractura es por decohesión de la interface ferrita-perlita. Mientras que para las orientaciones circunferenciales y longitudinales la propagación de grieta corta transversalmente las bandas de perlita, lo cual incrementa la resistencia a la fractura con respecto a la dirección corta transversal, al presentar un mecanismo de fractura por nucleación y coalescencia de microhuecos, combinado con desgarramiento dúctil en corte puro, que es un mecanismo que consume mayor cantidad de energía que la decohesión. ABSTRACT: The effect of the microstructural orientation in the fracture path of low carbon steel pipes was studied, through mechanical and metallurgical characterization; as well as the experimental procedure development to determine the fracture toughness in the short transverse direction of pipes, by means of the use of compact tension specimens manufactured from plate strips of the interest area, enlarged by welding to complete the standard specimen dimension, accomplishing the size restriction for the manufacture of one-piece compact tension specimens.

Hence, for the first time, it was demonstrated that the short transversal direction has the lowest fracture resistance; while the highest values were reached in the circumferential direction. Also, the tensile tests of miniature specimens showed that the lowest values of yield and ultimate tensile strength are reached in the short radial direction, while the results of standard tensile tests confirmed that the mechanical properties are higher in the circumferential direction. Thus, for the first time, it was demonstrated that the short transversal direction of low carbon steel plates has the lowest mechanical strength and toughness; while the highest values are observed in the circumferential direction. It was determined that, when the fracture plane is parallel to the perlite bands in the short transverse orientation, the crack propagation path has the weakest resistance, due to the fracture path is through decohesion of the ferrite-pearlite interface. While, in the circumferential and longitudinal orientations crack propagation transverserly slices the perlite bands, which increases the fracture resistance with respect to the short transverse direction, where the fracture mechanism is the nucleation and coalescence of microvoids, combined with ductile tear in pure shear, which is a mechanism that uses more energy than decohesion.