Solyom, L. (2023). Untersuchung der Bildung von σ-Phase in einem Hyper-Duplex-Stahl während isothermer Wärmebehandlung [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2023.113505
E308 - Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie
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Datum (veröffentlicht):
2023
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Umfang:
66
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Keywords:
hyperduplex; sigma
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Abstract:
Duplex-Stähle, insbesondere Hyper-Duplex-Stähle, verfügen über eine außergewöhnliche Kombination von sehr guten mechanischen Eigenschaften und sehr hoher Korrosionsbeständigkeit. Diese Eigenschaften resultieren aus dem hohen Anteil an Legierungselementen, sowie deren genaue Abstimmung aufeinander und aus einem sehr ausgewogenen 2-phasigen Aufbau aus Ferrit und Austenit. Allerdings müssen bestimmte Hochtemperaturbereiche gemieden werden, um die Bildung von Nitriden, Karbiden und intermetallischen Phasen, wie die σ-Phase, zu verhindern. All diese verändern die Eigenschaften des Materials, insbesondere die σ-Phase hat massive Auswirkungen auf das Material und führt zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit. In dieser Arbeit wurden in erster Linie die σ-Ausscheidung im Frühstadium, sowie deren weitere Entwicklung und Wachstum und die sekundäre Austenit-Bildung (α→γ2) in einem Hyper-Duplex-Stahl nach isothermer Auslagerung bei 900–1025 °C im Dilatometer, mittels EBSD-Messungen, untersucht. Das Ziel war es bevorzugte Stellen und lokale morphologische Gegebenheiten des Materials, mit Augenmerk auf die kristallographische Orientierungsbeziehung zwischen Ferrit und Austenit, zu charakterisieren, an denen es bevorzugt zur Bildung der σ-Phase kommt. Des Weiteren auch die Analyse der Evolution der σ-Ausscheidungen in Abhängigkeit der Auslagerungszeit. Die EBSD-Messungen zeigen ein klares Bild über den Einfluss der Temperatur, Haltezeit und Korngröße auf die σ-Phasenbildung. Es ist auch ersichtlich, dass die Bildung der σ-Phase im Frühstadium absolut nicht bevorzugt an niederenergetischen Phasengrenzen mit Orientierungsbeziehungen nach Kurdjumov-Sachs oder Nishiyama-Wassermann zwischen der Austenit- und Ferritphase stattfindet. Die Beobachtungen dieser Arbeit lassen Schlussfolgerungen zu, dass sich präferierte Nukleationsstellen der σ-Ausscheidungen im Frühstadium durch lokale Konzentrationserhöhungen von Legierungselementen, hauptsächlich Molybdän, ergeben, resultierend durch lokale morphologische Gegebenheiten der Ferrit- und Austenit-Phasen. Darunter verstehen sich Bereiche in denen Ferrit-Körner durch die Austenit-Phase eingeengt bzw. komplett umschlossen werden.Zusätzlich wurden Nanoindentation-Mappings erstellt, um die signifikanten Härteunterschiede zwischen diesen drei Phasen zu demonstrieren.
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Duplex stainless steels, especially hyper-duplex stainless steels, are known for their extraordinary combination of good mechanical properties and high resistance to corrosion. These properties result from the high fraction and combination of alloying elements and the well-balanced ferrite and austenite duplex structure. However, certain high temperature ranges must be avoided to prevent formation of nitrides, carbides and other intermetallic phases, like the σ-phase. All of these change the properties of the material, but especial the σ-phase has a massive impact on the material and leads to degraded mechanical properties and corrosion resistance. In this work mainly the early stage σ-phase formation, evolution and growth, as well as the secondary austenite formation (α→γ2) were investigated in a hyper-duplex stainless steel after isothermal holding at 900-1025 °C in the dilatometer, by using EBSD. The goal was to find locations and sites with respect to the crystallographic orientation relationship between ferrite and austenite and the spatial distribution of those phases where σ-phase forms preferentially. As well as to analyse the σ-phase precipitates in terms of their evolution over the holding time. The EBSD measurements show a clear picture about the influence of the isothermal holding and the grain size on the σ-phase formation. It is shown that the σ-phase absolutely not prefer to form in the early stage at low energy phase boundaries with orientation relationships after Kurdjumov-Sachs and Nishiyama-Wassermann between the austenite and ferrite phases. The observations of this work lead to the conclusion that preferred nucleation sites of the σ-precipitates in the early stage result from local accumulations of alloying elements, mainly molybdenum, due to specific local morphologies of the ferrite- and austenite-phases. This includes areas in which ferrite grains are constricted or completely surrounded by the austenite phase.Additionally, nanoindentation-mappings were made to demonstrate the significant hardness differences between those 3 phases.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers