TEM-Charakterisierung von V- und Nb-Carbonitriden in mikrolegierten Vergütungsstählen

Abstract

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung der Mikrostruktur von sechs Stahlproben im Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Der Stahl hat einen C-Anteil von 0,3% und wurde mit 0,4% Mn, 0,9% Cr und 0,75% Mo legiert. Die einzelnen Proben unterscheiden sich lediglich in der Konzentration der Mikrolegierungselemente Nb, V und Ti. Sie wurden von voestalpine Stahl Donawitz GmbH & Co KG als experimentelle Kleinschmelzen erzeugt, und alle dem gleichen Vergütungsprozess unterzogen. Mit Hilfe von Hellfeldaufnahmen wurde die Gefügestruktur untersucht, Verteilung sowie Form und Größe der Ausscheidungen bestimmt. Die Charakterisierung der groben M3C und M7C3 Ausscheidungen erfolgte mittels EDX-Spektroskopie und Elektronenbeugung. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Analyse der in der Matrix feindispers verteilten Nanopartikel, die makroskopische Eigenschaften des Werkstoffs wie Festigkeit, Duktilität oder Schweißbarkeit entscheidend beeinflussen. Diese Teilchen sind einige Nanometer groß und werden als Verbindungen der Mikrolegierungselemente mit C und N gebildet. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung dieser Carbide, Nitride und Carbonitride erfolgte im STEM-Modus mit Hilfe der EDX-Spektroskopie. Hochauflösungsaufnahmen erlaubten die Bestimmung der Kristallstruktur und der Gitterparameter einzelner Nanopartikel. Nachgewiesen wurden komplexe kubisch flächenzentrierte Carbonitride mit der Zusammensetzung (Nb, V, Mo, Ti)(C,N) sowie hexagonale (Mo,V)2C Ausscheidungen.<br />

In the present work the microstructure of 6 steel samples was investigated in a transmission electron microscope (TEM). The steel contains 0.3% C, and is alloyed with 0.4% Mn, 0.9% Cr and 0.75% Mo. The only difference between the samples is the concentration of the microalloying elements Nb, V and Ti. They were produced at voestalpine Stahl Donawitz GmbH & Co KG as laboratory melts. The same heat treatment parameters were used for all samples. Bright field images were obtained to investigate the microstructure of the samples, and furthermore the distribution, shape and the dimensions of the precipitates. The characterisation of the coarse M3C and M7C3 precipitates was achieved by EDX-spectroscopy and selected area diffraction. The focus of this work was the investigation of nanoparticles finely distributed in the ferritic matrix, which seriously affect macroscopical properties of the material such as yield strength, ductility or weldability. These particles are of the size of several nanometres and are carbides, nitrides and carbonitrides which are formed by the micro-alloing elements Nb, V, Ti. The chemical composition of these precipitates was analysed in STEM-mode using EDX-spectroscopy. High resolution (HRTEM) images enabled to define the lattice structure of single nanoparticles. In conclusion complex, cubic face centred carbonitrides with the chemical composition (Nb, V, Mo, Ti)(C,N) and hexagonal (Mo,V)2C- precipitates were found.