Impact of long-term ageing on σ phase precipitation process in steels with austenitic matrix

• Autorzy: Zieliński Adam

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.20.4.5

Warianty tytułu

PL

Wpływ długotrwałego starzenia na proces wydzieleniowy fazy σ w stalach o osnowie austenitycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Super 304H, HR3C and Sanicro 25 grade austenitic matrix steels are used in the construction of pressure components of boilers with supercritical operating parameters. The article presents the results of microstructure examination in delivery condition and after ageing for up to 50,000 hours at 700°C. The microstructure examination was performed using scanning and transmission electron microscopy. The precipitates were identified using transmission electron microscopy. In particular, the study analysed the σ phase precipitation process and its dynamics depending on the ageing time. It has been shown that the intermetallic σ phase plays a significant role in the loss of durability of the tested steel. It is related to its significant increase due to the influence of high temperature, and its coagulation and coalescence dynamics strongly depend on the ageing/operating temperature level. The qualitative and quantitative identification of the intermetallic σ phase precipitation process described in the study is important in the analysis of the loss of durability of the tested steels under creep conditions.

PL

Stale o osnowie austenitycznej w gatunkach Super 304H, HR3C i Sanicro 25 stosowane są w budowie elementów ciśnieniowych kotłów o nadkrytycznych parametrach pracy. W pracy zaprezentowano wyniki badań mikrostruktury w stanie dostawy oraz po starzeniu do 50 000 godzin w temperaturze 700°C. Badania mikrostruktury wykonano wykorzystując skaningową i transmisyjną mikroskopię elektronową. Identyfikację występujących wydzieleń przeprowadzono przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej. W pracy w szczególności analizowano proces wydzieleniowy fazy σ i jego dynamikę w zależności od czasu starzenia. Pokazano, że międzymetaliczna faza σ odgrywa istotny wpływ na utratę trwałości badanej stali. Związane jest to z jej znacznym wzrostem wskutek oddziaływania wysokiej temperatury, a jej dynamika koagulacji i koalescencji zależy silnie od poziomu temperatury starzenia/eksploatacji. Identyfikacja jakościowa i ilościowa opisanego w pracy procesu wydzieleniowego międzymetalicznej fazy σ ma istotne znaczenie w analizie utraty trwałości badanych stali w warunkach pełzania.

Słowa kluczowe

EN

Super 304H; HR3C; Sanicro 25; microstructure; σ phase; ageing; loss of durability

PL

Super 304H; HR3C; Sanicro 25; mikrostruktura; faza σ; starzenie; utrata trwałości

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 72, no. 4
• Strony: 31--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zieliński Adam

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

Bibliografia

• [1] A. Hernas, J. Dobrzański, J. Pasternak, S. Fudali. Charakterystyki nowej generacji materiałów dla energetyki. Gliwice: Wyd. Pol. Śl., 2015.
• [2] M. Sroka. Analiza procesów wydzieleniowych zachodzących w mikrostrukturze stali Sanicro 25 w temperaturze podwyższonej. Gliwice: Wyd. Instytutu Metalurgii Żelaza, Monografie, No. 13, 2019.
• [3] H. Purzyńska, G. Golański, A. Zieliński, J. Dobrzański, M. Sroka. Precipitation study in Ti-stabilised austenitc stainless steel after 207 000 h of service. Materials at High Temperatures, 2019, 36 (4), p. 1-8.
• [4] M. Sroka, A. Zieliński, G. Golański. Analysis of precipitation in Sanicro 25 austenitic steel after ageing. Acta Physica Polonica A, 2019, 135 (2), p. 207-211.
• [5] A. Hernas, B. Kościelniak, I. Bednarczyk. Structural stability of nickel superalloy IN740H after ageing in 750°C. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2015, 69 (1), p. 5-9.
• [6] A. Zieliński, G. Golański, M. Sroka. Evolution of the microstructure and mechanical properties of HR3C austenitic stainless steel after ageing for up to 30,000 h at 650-750°C. Materials Science & Engineering: A, 2020, 796, 139944.
• [7] A. Zieliński. Trwałość eksploatacyjna żarowytrzymałych stali o osnowie ferrytycznej w warunkach długotrwałego oddziaływania temperatury. Gliwice: Wyd. Instytutu Metalurgii Żelaza, Monografie, No. 7, 2016.
• [8] G. Golański. Żarowytrzymałe stale austenityczne. Częstochowa: Wyd. Wydziału Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Politechniki Częstochowskiej, Monografie 73, 2017.
• [9] J. Dobrzański, A., Zieliński, J. Pasternak, A. Hernas. Experiments with application of new steels in manufacturing of the components of boilers with supercritical parameters. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2010, 62 (1), p. 51-60.
• [10] J. Horváth, J. Janovec, M. Junek. The changes in mechanical properties of austenitic creep resistant steels SUPER 304H and HR3C caused by medium-term isothermal ageing. Solid State Phenomena, 2017, 258, p. 639-642.
• [11] G. Golański, C. Kolan, A. Zieliński, K. Klimaszewska, A. Merda, M. Sroka, J. Kłosowicz. Microstructure and mechanical properties of HR3C austenitic steel after service. Archives of Materials Science and Engineering, 2016, 81 (2), p. 62-67.
• [12] Z. Liang, Q. Zhao, J. Deng, Y. Wang. Influence of Aging treatment on the microstructure and mechanical properties of T92/Super 304H dissimilar metal welds. Materials at High Temperatures, 2018, 35 (4), p. 327-334.
• [13] M. Kierat, A. Zieliński. Increased temperature and long-term impact of the ageing process on changes in the microstructure of the HR6W alloy. Journal of Metallic Materials, 2019, 71 (2), p. 8-13.
• [14] Y.-S. Ji, J. Park, S.-Y. Lee, J.-W. Kim, S.-M. Lee, J. Nam, B. Hwang, J.-Y. Suh, J.-H. Shim. Long-term evolution of σ phase in 304H austenitic stainless steel: experimental and computational investigation. Mater. Charact., 2017, 128, p. 23-29.
• [15] Z. Kuboň, Š. Stejskalová, L. Kander. Effect of Sigma Phase on Fracture Behavior of Steels and Weld Joints of Components in Power Industry Working at Supercritical Conditions. In: W. Borek (Ed.) Austenitic Stainless Steels - New Aspects, IntechOpen 2017, p. 63-92.
• [16] M. Farooq. Strengthening and degradation mechanism in austenitic stainless steels at elevated temperature. PhD thesis. Stockholm: Royal Institute of Technology, 2013.
• [17] Ch.-Ch. Hsieh, W. Weite. Overview of intermetallic sigma (s) phase precipitation in stainless steels. ISRN Metallurgy 2012 (1), 732471, p. 1-16. doi.org/10.5402/2012/732471.
• [18] H. Chen, D. Wang, Y. Yu, K.A. Newton, D.A. Muller, H. Abruna, F.J. DiSalvo. A surfactant-free strategy for synthesizing and processing intermetallic platinum-based nanoparticle catalysts. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134 (44), pp. 18453-18459.
• [19] G. Golański, A. Zieliński, H. Purzyńska. Precipitation process in creep-resistant austenitic steels. W. Borek (Ed.) Austenitic Stainless Steels - New Aspects, IntechOpen 2017, p. 93-112.
• [20] A.F. Padilha, P.R. Rios. Decomposition of austenite in austenite stainless steel. ISIJ International, 2002, 42 (4), p. 325-337.
• [21] J. Barcik. Mechanism of σ-phase precipitation in Cr-Ni austenitic steels. Materials Science and Technology, 1988, 4 (1), p. 5-15.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).