Microstructural Characterization and the Effect of Phase Transformations on Toughness of the UNS S31803 Duplex Stainless Steel Aged Treated at 850 °C

Abstract

Duplex stainless steels, with ferritic-austenitic microstructure, have excellent mechanical properties and corrosion resistance. However, when duplex stainless steels are exposed to temperatures between 600 and 1000 °C, some phase transformations can occur such as chromium nitrides precipitation, chromium carbides precipitation and the sigma phase formation. The formation of such compounds leads to loss in both corrosion resistance and fracture toughness. The negative effects of the formation of chromium nitrides, carbides and the sigma phase are due to the chromium depletion in the matrix. The phase transformations cited above occur initially at ferriticaustenitic interfaces and at the grain boundaries. The aim of this work is to identify and characterize the phase transformations, which occur when aging heat treatments are carried out at temperatures at which the kinetics is the fastest for the reactions mentioned. At first, the samples were annealed at 1100 °C for 40 min. The aging heat treatments were then carried out at 850 °C for 6, 40 e 600 min. Microstructural characterization was done by using optical microscopy with different etchings, in order to identify each phase formed in the duplex stainless steel during aging heat treatments. The toughness was also evaluated by using Charpy impact test. Impact tests show that loss of toughness was related to phase transformations.

Avaliação de parâmetros ultrassônicos em aços inoxidáveis expostos a ciclos isotérmicos

“…Como resultado nas propriedades do aço, a formação da fase é responsável pela perda de resistência à corrosão. A formação dessa fase limita a utilização dos aços duplex em alguns processos de fabricação (produção de tubos grossos e barras de diâmetro grande), o que dificulta a obtenção de forjados com espessuras grandes, e também proporciona a redução de sua vida útil em serviço (FARGAS et al, 2009;ZUCATO et al, 2002;VASCONCELLOS, 2008;ALBUQUERQUE et al, 2010).…”

“…Neste caso o corpo DP_CR não teve exposição a ciclo térmico e nos outros dois (DP_475 e DP_850) foram realizados tratamentos térmicos para precipitação de fases secundárias. O corpo de prova DP_475 foi submetido a um tratamento isotérmico a 475°C no tempo de 30 min, com o objetivo de encontrar a precipitação da fase α', segundo as Figuras 3 e 7, ZUCATO et al (2002), e, o corpo de prova DP_850 foi exposto a um tratamento isotérmico a 850°C por 30 minutos, para verificar a precipitação da fase σ, caracterizada pelo endurecimento do material. Estas temperaturas foram escolhidas, pois ambas apresentam a cinética de precipitação mais rápida para as suas respectivas fases (MAGNABOSCO, 2009e ALBUQUERQUE et al,2010.…”

“…É contabilizado o número de interceptações P destas Fig. 7 Tempos e temperaturas de exposição das fases sigma e alfa linha (ZUCATO et al, 2002).…”

“…Nesse caso, na produção do aço ocorre a inserção de elementos estabilizadores de austenita numa matriz ferrítica, que é estabilizado pelos elementos de liga alfagênicos (estabilizadores de ferrita), (IMOA, 2009). Essa estrutura dá ao aço duplex excelentes propriedades mecânicas, quando comparados a dos aços inoxidáveis ferríticos, e resistência à corrosão, melhores do que os aços inoxidáveis austeníticos, (ZUCATO et al, 2002). Devido a essas propriedades, os duplex são utilizados em indústrias quími-cas, nucleares, petroquímicas, celulose, marinhas, entre outros.…”

Use of Magnetic Barkhausen Noise (MBN) to Follow Up the Formation of Sigma Phase in Saf2205 (UNS S31803) Duplex Stainless Steel

“…Since σ is the intermetallic phase more prominently formed during field applications of duplex stainless steel, its formation has been the object of several studies throughout the years, mostly focused on morphology and formation kinetics [1][2][3][4][5][6][7][8] , as well as its effects on mechanical properties [9][10][11] and corrosion resistance [12][13][14][15][16][17] . Processes that include high temperature thermal cycling, such as welding, are particularly critical regarding the appearance of σ, due to the temperature range to which the heat affected zone is exposed in a poorly controlled manner.…”