PWHT per acciai al Cr-Mo: trattamento termico post-saldatura di costruzioni in A387 e classe P91

Perché le saldature in Cr-Mo ne hanno bisogno

La saldatura degli acciai al cromo-molibdeno lascia tre problemi: una zona termicamente alterata (ZTA) dura e sensibile alle cricche, elevate tensioni residue bloccate dal ciclo termico della saldatura e — per i gradi resistenti allo scorrimento viscoso — una microstruttura che non è ancora quella presupposta dal progetto. Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) affronta tutti e tre contemporaneamente:

• Rinvenisce la ZTA dura e il metallo d'apporto, ripristinando duttilità e tenacità.
• Distende le tensioni residue mediante rilassamento per scorrimento viscoso a temperatura, migliorando la stabilità dimensionale e la resistenza alla tensocorrosione e alla fessurazione per fatica.
• Nei gradi resistenti allo scorrimento viscoso completa la struttura di martensite rinvenuta prevista.

I codici di costruzione (ASME Section VIII e i codici per tubazioni, con le regole sui materiali nella Section II) rendono il PWHT obbligatorio per la maggior parte dei lavori a pressione in Cr-Mo al di sopra di soglie di spessore definite — è un requisito normativo, non una preferenza di officina.

Intervalli di temperatura e logica di mantenimento

Il PWHT è un trattamento subcritico: la temperatura deve rinvenire e distendere efficacemente restando in sicurezza al di sotto della temperatura critica inferiore (Ac1), in modo che nulla si riaustenitizzi. Gli intervalli ampiamente utilizzati sono approssimativamente:

Famiglia di gradi	Regione tipica di PWHT (indicativa)
1.25Cr-0.5Mo (classe A387 Gr.11)	circa 620–680 °C
2.25Cr-1Mo (classe A387 Gr.22)	circa 680–730 °C
9Cr-1Mo-V (P91 / A387 Gr.91)	circa 730–770 °C, strettamente controllato

Il tempo di mantenimento scala con lo spessore — le tabelle normative lo esprimono come tempo minimo per unità di spessore, con minimi assoluti per il materiale sottile. La logica è equalizzazione più rilassamento: la sezione più spessa deve raggiungere la temperatura in tutto lo spessore e permanervi abbastanza a lungo perché le tensioni si rilassino per scorrimento viscoso. Anche le velocità di riscaldamento e raffreddamento al di sopra di determinate temperature sono limitate dalla norma per controllare i gradienti termici nei recipienti pesanti, e le termocoppie sul pezzo — non il quadrante del forno — sono la registrazione che conta.

Grado 91: il caso rigoroso

La resistenza allo scorrimento viscoso del P91 deriva da una martensite accuratamente rinvenuta con precipitati fini, e la sua finestra di PWHT è corrispondentemente stretta. Troppo bassa o troppo breve, e la ZTA resta dura e sottorinvenuta; troppo alta, e il trattamento sovrarinvenisce (o, nel caso peggiore, riaustenitizza localmente, formando martensite fresca non rinvenuta al raffreddamento) e la resistenza allo scorrimento viscoso è danneggiata in modo permanente. Per il grado 91, l'accuratezza della misura di temperatura, il controllo del mantenimento e il PWHT prima di qualsiasi prova idraulica o esposizione in servizio sono trattati come fasi critiche di qualità, e i rilievi di durezza dopo il PWHT sono la verifica standard.

PWHT locale e precauzioni pratiche

I grandi recipienti vengono spesso trattati termicamente localmente intorno a un cordone di saldatura anziché trattati interamente in forno. La larghezza della banda riscaldata, l'isolamento e il controllo del gradiente diventano allora le variabili di qualità — un PWHT locale mal controllato può deformare il mantello o lasciare la distribuzione delle tensioni peggiore di un ciclo in forno competente. L'interruzione di un ciclo a metà mantenimento e le riparazioni dopo il PWHT (che generalmente ne richiedono la ripetizione) sono gestite da procedure scritte per una ragione: sulle apparecchiature in Cr-Mo, la storia del trattamento termico fa parte dell'integrità documentata del confine di pressione.