Study of microstructure and mechanical properties of 14% Cr ODS steel produced by hot isostatic pressing followed by hot forging

• Autorzy: Oksiuta Z.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2016.3.6

Warianty tytułu

PL

Badania mikrostruktury i właściwości mechanicznych ferrytycznej stali ODS wytworzonej metodą HIP i kucia na gorąco

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Consolidation by hot isostatic pressing followed by hot forging of a mechanically alloyed ODS Fe–14% Cr–2% W–0.3% Ti–0.3% Y2O3 (in wt %) ferritic steel powder was applied to find the effect of those methods on the microstructure and mechanical properties of the alloy. Microstructure investigations of the ODS steel revealed that after hot isostatic pressing bimodal-like microstructure with fine and coarse grains up to a few microns was observed. Hot forging process, performed at about 900°C with 50% of deformation, did not improved microstructure homogeneity and grains elongated towards radial direction were observed. High temperature tensile tests revealed that hot forging improves the tensile strength of the as-HIPped ODS steel. However, the ductility and upper shelf energy decreased. This can be related to the microstructure of the ODS steel observed for both consolidation methods and emphasises a necessity of further optimization of hot forging parameters.

PL

Artykuł przedstawia problematykę związaną z otrzymywaniem nowej generacji stali ferrytycznych umacnianych nanocząstkami tlenku itru (Oxide Dispersion Strengthened, ODS). Produkowane metodą mechanicznego stopowania (MS) stale ODS ze względu na swoje właściwości: żarowytrzymałość, odporność na pełzanie, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz odporność na pęcznienie podczas promieniowania jonizującego są uważane za atrakcyjny materiał strukturalny do budowy reaktora termojądrowego. Zasadniczym problemem dotyczącym otrzymywania stali ODS jest to, że do ich produkcji można użyć tylko pierwiastków, których czas połowicznego rozpadu jest krótki (Reduced Activation Elements). Do grupy pierwiastków stanowiących podstawę do produkcji stali należy zaliczyć: żelazo, chrom, wolfram, tytan, wanad, krzem i węgiel oraz stabilne temperaturowo tlenki Y i Ti. Użycie innych pierwiastków, np.: Mn, Ni, Al, Co, Cu i B, stosowanych powszechnie do produkcji innych gatunków stali nie jest wskazane. Dodatek tlenku itru oraz zanieczyszczenia pochodzące z procesu MS powodują pogorszenie udarności i plastyczności stali. Ponadto stale ferrytyczne o strukturze regularnie przestrzennie centrowanej (RPC) mają wysoką temperaturę progu kruchości (Ductile to Brittle Transition Temperature, DBTT), która jest znacznie powyżej temperatury pokojowej. Na przykład w żaroodpornych stalach ferrytycznych typu PM2000 lub MA957 stwierdzono, że temperatura przejścia ze stanu kruchego w stan plastyczny jest rzędu 100°C. Jednym ze sposobów obniżenia temperatury progu kruchości jest zastosowanie dodatkowej obróbki cieplno-plastycznej. Dlatego celem pracy było otrzymanie przez MS i konsolidację (metodą HIP) stali ODS oraz zastosowanie dodatkowej obróbki cieplno-plastycznej, kucia na gorąco, w celu określenia wpływu tej metody na wybrane właściwości stali.

Słowa kluczowe

EN

ODS ferritic steel; hot isostatic pressing; hot forging; tensile testing; Charpy impact properties

PL

stale ODS; udarność; wytrzymałość na rozciąganie; prasowanie izostatyczne; kucie na gorąco

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 37, nr 3
• Strony: 126--130
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Oksiuta Z.

• Faculty of Mechanical Engineering, Bialystok University of Technology, Bialystok, Poland

Bibliografia

• [1] Klueh R. L.: Reduced activation bainitic and martensitic steels for nuclearfusion applications. Current Opinion in Solid State and Mat. Sci. 8 (2004)239÷250.
• [2] Alamo A., Lambard V., Averty X., Mathon M. H.: Assessment of ODS-14% Cr Ferritic alloy for high temperature application. J. Nucl. Mater.329-333 (2004) 333÷337.
• [3] Wasilkowska A., Ratuszek W., Penkalla H. J., Kędzierski Z., Czyrska-FilemonowiczA.: Microstructure and texture of PM2000 tubes — correlation with multiaxial creep and failure behavior. Inżynieria Materiałowa 4 (1998) 1187-1190.
• [4]Schaaf B. V. D., Gelles D. S., Jitsukawa S., Kimura A., Klueh R. L., MöslangA., Odette G. R.: Progress and critical issues of reduced activationferritic/martensitic steel development. J. Nucl. Mater. 283-287 (2000)52÷59
• [5] Hishinuma A., Kohyama A., Klueh R. L., Gelles D. S., Dietz W., EhrlichK.: Current status and future R&D for reduced-activation ferritic/martensitic steels. J. Nucl. Mater. 258-263 (1998) 193÷204.
• [6] Norajitra P., Bühler L., Fischer U., Gordeev S., Malang S., Reimann G.:Conceptual design of the dual-coolant blanket in the frame of the EU power plant conceptual study. Fusion Eng. Des. 69 (2003) 669÷673.
• [7] Kim J. H., Byun T. S., Hoelzer D. T.: Tensile fracture characteristics of nanostructured ferritic alloy 14YWT. J. Nucl. Mater. 407 (2010) 143÷150.
• [8] McClintock D. A., Sokolov M. A., Hoelzer D. T., Nanstad R. K.: Mechanical properties of irradiated ODS-EUROFER and nanocluster strengthened14YWT. J. Nucl. Mater. 392 (2009) 353÷359.
• [9] Ukai S., Fujiwara M.: Perspective of ODS alloys application in nuclear environments. J. Nucl. Mater. 307-311 (2002) 749÷757.
• [10] Wen Y., Liua Y., Hirata A., Liua F., Fujita T., Doua Y., Liua D., Liua B.,Liua Z., Liu C. T.: Innovative processing of high-strength and low-cost ferritic steels strengthened by Y–Ti–O nanoclusters. Materials Science and Engineering A 544 (2012) 59÷69.
• [11] Groover M. P.: Fundamentals of modern manufacturing. John-Wiley and Sons, New York (1999).
• [12] Lindau R., Möslang A., Rieth M., Klimiankou M., Materna-Morris E.,Alamob A., Tavassoli A.-A. F., Cayron C., Lancha A.-M., Fernandez P.,Baluc N., Schäublin R., Diegele E., Filacchioni G., Rensman J. W., SchaafB. V. D., Lucon E., Diet W.: Present development status of EUROFER and ODS-EUROFER for application in blanket concepts. Fusion Eng. Des.75-79 (2005) 989÷996.
• [13] de Castro V., Leguey T., Muňoz A., Monge M. A., Fernández P., LanchaA. M., Pareja R.: Mechanical and microstructure behaviour of Y2O3 ODS Eurofer 97. J. Nucl. Mater. 367-370 (2007) 196÷201.
• [14] Zhao D., Liu Y., Liu F., Wen Y., Zhang L., Dou Y.: ODS ferritic steel engineered with bimodal grain size for high strength and ductility. Materials Letters 65 (2011) 1672÷1674.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.