Microstructures and element distributions in an aged hyper duplex stainless steel and corresponding hardness variation

Abstract

Die Mikrostrukturen und die Verteilung der Legierungselemente in legierten und intermetallischen Phasen, die sich während der Alterung bei Temperaturen im Bereich von 750 ° C bis 1050 ° C in einem Hyper-Duplex-Edelstahl bilden, werden durch Elektronensonden-Mikroanalyse charakterisiert. Aufgrund langer Alterungszeiten von bis zu 48 h werden über gut rekristallisierte mikrostrukturelle Bereiche nahezu ausgeglichene Konfigurationen erhalten. Dies ermöglicht die Validierung der berechneten Gleichgewichtsthermodynamik, einschließlich der Solvustemperatur der σ-Phase. Während der Alterung unter 1050 ° C wird primärer Ferrit durch ein feinkörniges Aggregat aus σ-Phase und sekundärem Austenit ersetzt. Der Ersatz von Ferrit erfolgt durch eine eutektoide Reaktion, die mikrostrukturelle Unterregionen mit feiner lamellarer und grobblockiger Morphologie erzeugt. Im Gegensatz dazu erzeugte die Alterung bei 1050 ° C kontinuierliche Ränder der σ-Phase, die den primären Austenit umgeben. Bei dieser Temperatur wird die σ-Phase, die sich in ihrer Zusammensetzung von der σ-Phase von der eutektoidalen Reaktion unterscheidet, wahrscheinlich durch die bevorzugte Keimbildung und das Wachstum an den Grenzen von Austenit-Ferrit und Ferrit-Ferrit gebildet. Bei den niedrigeren Alterungstemperaturen wird die χ-Phase als vorübergehende Vorstufe der σ-Phase beobachtet. Temperaturabhängige Elementanreicherungen und -verarmungen über primäre Matrixphasen und sekundäre intermetallische Phasen sowie sekundären Austenit geben Aufschluss über den Gleichgewichtsgrad in den verschiedenen mikrostrukturellen Domänen. Schließlich wurde die Nano- und Mikrohärte für verschiedene Phasen bestimmt.

The microstructures and the distribution of alloying elements in alloy and intermetallic phases forming in a hyper-duplex stainless steel during aging at temperatures in the range of 750°C-1050°C are characterized by Electron probe micro analysis. Due to long aging times of up to 48 h, close-to-equilibrium configurations are obtained over well recrystallized microstructural regions. This allows for validation of computed equilibrium thermodynamics, including the solvus temperature of the σ-phase. During aging below 1050°C primary ferrite is replaced by a fine-grained aggregate of σ-phase and secondary austenite. The replacement of ferrite occurs by a eutectoidal reaction producing microstructural sub-regions with fine lamellar and coarse blocky morphology. In contrast, aging at 1050°C produced continuous rims of σ-phase surrounding primary austenite. At this temperature, the σ-phase, which is compositionally different from the σ-phase from the eutectoidal reaction, probably formed by the preferred nucleation and growth at austenite-ferrite and ferrite-ferrite boundaries. At the lower aging temperatures, χ-phase is observed as a transient precursor of the σ-phase. Temperature-dependent element enrichments and depletions across primary matrix phases and secondary intermetallic phases and secondary austenite shed light on the degree of equilibration in the different microstructural domains. Finally, nano- and microhardness was determined for different phases.