Trattamenti di ricottura dell acciaio inossidabile duplex 2205 dopo deformazione plastica

Transcript

1 Acciio inossidile Trttmenti di ricottur dell cciio inossidile duplex 2205 dopo deformzione plstic A.F. Mirnd Pérez, I. Clliri, E. Rmous, M. Bred Le uone crtteristiche meccniche e le elevte proprietà di resistenz corrosione spiegno il vsto utilizzo degli inossidili duplex in mito chimico, petrolchimico e strutturle i duplex sono, però soggetti precipitzione di fsi secondrie, che ne degrdno le proprietà, negli intervlli di tempertur C. In questo lvoro si è nlizzt l influenz del trttmento isotermico nell intervllo C sulle trsformzioni di fse per l cciio 2205 deformto freddo. L leg è stt sottopost deformzioni freddo con un riduzione di spessore del 5%, 10%, 15%; in seguito trttmenti termici present precipitzione di fsi deleterie χ e σ. Si è nlizzt l evoluzione dell precipitzione in funzione del grdo di deformzione e del tempo di trttmento, medinte microscopi ottic ed elettronic. Medinte softwre d nlisi d immgine è stt relizzt l quntificzione delle fsi precipitte. I risultti ottenuti hnno rivelto che il mterile deformto freddo è molto più sensiile ll precipitzione di fsi secondrie rispetto l mterile llo stto soluilizzto ed l conseguente infrgilimento dopo revi soste nell intervllo di tempertur critico per l precipitzione. Prole chive: cciio inossidile, deformzioni plstiche, trttmenti termici INTRODUZIONE Gli ccii inossidili duplex sono tr i mterili più utilizzti nell industri chimic e petrolchimic per l loro elevt resistenz ll corrosione e uone proprietà meccniche. Questi tipi d ccii sono normlmente deformti cldo, e successivmente soluilizzti per ottenere l corrett frzione di fse lf e gmm e per portre in soluzione le eventuli fsi secondrie (sigm (σ), chi (χ), y 2 e nitruri) precipitte durnte l permnenz nell intervllo di tempertur di C, e che hnno effetti negtivi soprttutto sull tencità. [1-3]. L entità e l cinetic di tli precipitzioni sono determinte dll composizione chimic, dlle frzioni di ferrite ed ustenite e dll stori termo-meccnic del mterile [4-6]. Il presente studio nlizz l influenz dell deformzione freddo sulle trsformzioni di fse per l cciio SAF 2205 sottoposto trttmento isotermico nell intervllo C, ritenuto critico per l precipitzione di fsi deleterie χ e σ. MATERIALI E TRATTAMENTI L cciio inossidile 2205 è stto fornito llo stto soluilizzto 1050 C per 30 minuti, sotto form di rr di sezione 10x30 mm l cui composizione chimic e proprietà meccniche sono riportti nell seguente tell 1. Il mterile è stto sottoposto deformzioni plstiche del %; successivmente si sono eseguiti i trttmenti termici 850 e 900 C e per tempi di permnenz di 5, 10 e 30 minuti, si sui cmpioni deformti che sul mterile llo stto di fornitur. Per crtterizzre le microstrutture, i cmpioni sono stti sottoposti tecniche stndrd di levigtur e lucidtur con successivo ttcco si chimico (Berh) che elettrochimico (20% di T. 2 Deformzione Tempertur Tempo freddo [%] [ C] [min] (TQ8) 5 (A8) (B8) 15 (C8) (TQ9) 5 (A9) 10 (B9) 900 5, 10, (C9) Deformzione plstic e trttmento isotermico. Cold rolling nd het tretment prmeters. A.F. Mirnd Pérez, I. Clliri, E. Rmous, M. Bred Diprtimento di Processi Chimici dell Ingegneri, Università di Pdov, Vi Mrzolo 9, Pdov, Itly C N Mn Ni Cr Mo Si S P Fe Blnce R0.2 [MP] R [Mp] E [GP] G [GP] A% HB Resilienz KV TAB. 1 Composizione chimic e proprietà meccniche del mterile se. Chemicl composition nd mechnicl properties of se mteril. L Metllurgi Itlin - n. 5/

2 FIG. 1 Microgrfie ottiche 500x del mterile llo stto di fornitur dopo ttcco Berh: ) sezione trsversle; ) sezione longitudinle Microgrph t 500x of the se mteril etched with Berh; () longitudinl nd () trnsversl section. FIG. 2 Microgrfie ottiche 200x dei cmpioni deformti, tl qule e l 15%. Microgrph t 200x of originl smple nd 15% size reduction. FIG. 3,) Microgrfie ottiche 1000x sinistr, c,d) Microgrfie SEM 2000x destr. Per cmpione TQ e cmpione deformto l 15% trttti termicmente 850 C per 10 minuti.,) Microgrphs t 1000x left side, c,d)sem microgrphs 2000x right. For s received smple nd 15% deformed smple, oth het treted t 850 C for 10 minutes. c d NOH, 7 V in corrente continu). Le microgrfie sono stte cquisite ttrverso microscopio ottico LEICA DM 100 ed elettronico scnsione Leic Cmridge Stereoscn 440, corredto di un sistem per micronlisi EDS (EDAX Philips). L frzione volumetric delle fsi è stt stimt medinte nlisi d immgine utilizzndo il softwre JMicroVision v RISULTATI E DISCUSSIONE Mterile Bse Il mterile è stto fornito sottoform di rre, ottenute medinte estrusione e di conseguenz l microstruttur è costituit d grni ustenitici e ferritici llungti lungo l direzione di lvorzione relizzndo l tipic microstruttur nde. Le successive microgrfie ottiche reltive l mterile llo stto di fornitur, cmpione tl qule, riportno l sezione trsversle e longitudinle rispetto l direzione d estrusione. L Tell 3 riport in termini di frzione volumetric e devizione stndrd, i vlori per l sezione trsversle e longitudinle dell nlisi quntittiv reltivo ll fse ustenitic. 14 L Metllurgi Itlin - n. 5/2011

3 Acciio inossidile Frz. Volumetric Austenit [%] Dev. St. Sezione trsversle Sezione longitudinle TAB. 3 Frzione volumetric dell percentule d ustenit. Volumetric frction of ustenite. Deformzione plstic Il mterile llo stto di fornitur è stto deformto freddo medinte lmintoio mnule. L Figur 2 riproduce l sezione longitudinle, poiché in questo cso l microstruttur nde risult più evidente e rppresenttiv rispetto quell trsversle. Le nde ustenitiche (contrsto inco) e ferritiche (contrsto scuro) si ssottiglino col grdo di riduzione; tle fenomeno interess mggiormente le nde ferritiche. Trttmento termico Cmpioni trttti 850 C I cmpioni in precedenz lminti sono stti sottoposti trttmento isotermico ssieme l cmpione tl qule, in modo d osservre l influenz dell deformzione freddo sull precipitzione di fsi secondrie. Le temperture e i tempi di trttmento sono stti scelti in conformità lvori precedenti [7-9] e risultno essere critici per l comprs di fsi precipitte. Precipitti di form sferic e piccol dimensione si trovno prettmente ordo grno tr ustenite e ferrite e in minor quntità rispetto quelli ciculri (Figur 3 ). I precipitti ll interno dell grn ferritic, quest ultim in contrsto scuro, sono principlmente di form linere e semrno delinere un sustruttur ll interno dell nd ferritic soprttutto per il cmpione C (Figur 3 ). Le modlità di precipitzione sono nloghe nche nei cmpioni A e B Precipitti di form ciculre e presenti lungo ordi grno ferrite/ustenite e ferrite/ferrite come pure lle triple giunzioni tr le due fsi sono d considerre fse χ. Quest fse è predominnte per i cmpioni trttti 850 C per 10 minuti, mentre i precipitti d estes dimensione sono ssociili ll fse σ, presente in quntità molto sse minime. Per qunto rigurd l fse ner ttrversnte il grno ferritico (Figur d) si può formulre l ipotesi, poiché l nlisi EDS non è ttendiile per precipitti di così ridott dimensione,che poss trttrsi di cruri di cromo o nitruri di cromo. Dte le modeste quntità di cronio e il cospicuo numero di linee presenti nel cmpione TQ come pure nei deformti si può ritenere che si trttino di nitruri od eventulmente cronitruri di cromo. Successivmente tli precipitti srnno indicti come nitruri, nche se un conferm definitiv richiede ulteriori nlisi, come l microscopi TEM. Cmpioni trttti 900 C In Figur 4 le microgrfie SEM indicno che il cmpione tl qule trttto per 5 minuti, TQ5, non present precipitti χ e σ ensì nitruri che ttrversno lcuni grni ferritici questi ultimi compiono nche nel cmpione tl qule trttto per 10 minuti. Invece l precipitzione di fse χ e σ ument notevolmente dl cmpione TQ10 TQ30 soprttutto per l fse σ che è crtterizzt d precipitti di mggiore volume rispetto quelli χ, in ccordo con qunto già ottenuto in ricerche precedenti [8,10]. I precipitti si formno in prevlenz i ordi grno ferrite/ferrite e ferrite/ustenite, più rrmente ll interno dell ferrite. Soprttutto nel TQ si notno piccoli precipitti di fse χ inseriti nell fse. Anlisi quntittiv delle fsi secondrie dei mterili deformti e trttti termicmente L influenz del grdo di deformzione e delle condizioni di trttmento termico sull quntità di fsi dnnose precipitte è rppresentt nell fig. 6. Con prticolre ttenzione sono stti esminti i cmpioni con modeste frzioni volumetriche di fsi χ e σ perché ricerche precedenti hnno dimostrto che si h un notevole diminuzione dell resilienz, fino vlori di circ 5 J, nche per frzione volumetriche molto sse, vicine ll 1%. Dll esme dei risultti riportti nell fig. 6 si not che per trttmenti di reve durt, 10 minuti 850 C e 5 minuti 900 C, l quntità di fsi dnnose che si possono formre è molto ridott, inferiore llo 0,5% e semr non essere influenzt dl grdo di deformzione. Precipitzioni di mggiore entità si FIG. 4 Microgrfie SEM dei cmpioni tl quli, trttti termicmente 900 C per 5, 10 e 30 minuti. SEM microgrphs of the s received smple nd het treted t 900 C for 5, 10 nd 30 minutes. L Metllurgi Itlin - n. 5/

4 FIG. 5 Microgrfie SEM 2000x dei cmpioni deformti 5 e 10% dopo trttmento isotermico di 900 C. SEM microgrphs t 2000x of treted 900 C smples, previously deformed 5% nd 10%. FIG. 6 Grfico per l precipitzione di fsi χ e σ in funzione del grdo di riduzione con prmetro l tempertur e il tempo di trttmento termico. Plot of precipittion of χ nd σ phses depending on the reduction degree with the temperture prmeter nd time of het tretment. hnno invece 900 C già con tempi di trttmento di 10 minuti, in prticolre nel cmpione deformto del 15%. Infine l precipitzione è en più consistente nei cmpioni trttti 900 C per 30 minuti, con ndmento sensiilmente crescente con l deformzione, pssndo dl 4,5% nel TQ circ il 7% nel cmpione più deformto. In conclusione i risultti ottenuti e rppresentti nell fig. 6 indicno che ll tempertur di trttmento inferiore, 850 C, l quntità di fsi precipitte rimne molto limitt e non semr essere influenzt dl grdi di deformzione. Invece questo influisce sull ndmento dell precipitzione 900 C, che vviene con un cinetic che divent più rpid con l umentre dell deformzione. Anlisi EDS Quest nlisi h lo scopo di determinre l composizione chimic delle fsi. L nlisi EDS è stt eseguit sul cmpione C8 trttto 850 C per 10 minuti e sui cmpioni D9, E9 e F9 trttti 900 C per 10 minuti cui corrisponde un compless microstruttur. E stt determint l composizione chimic delle fsi ustenite, ferrite, sigm e chi (Tell 4). Le composizione dell ferrite ed dell ustenite corrispondono quelle tipiche di un 2205 llo stto soluilizzto [8,9]. Per qunto rigurd le fsi secondrie, si può notre che il tenore di Mo e Cr è leggermente inferiore quello indicto in lettertur: quest discrepnz può essere spiegt con le ridotte dimensioni dei precipitti esminti, in lcuni csi l limite dell soluzione strumentle. FIG. 7 Microgrfi SEM 6000x del cmpione trttto e deformto per l nlisi EDS. SEM microgrphs t 6000x for EDS nlysis of rolled nd treted smple. %Wt Si Mo Cr Mn Fe Ni T. 4 α γ σ χ Composizione chimic delle fsi secondrie presenti nei cmpioni lvorti freddo e trttmenti termicmente. Chemicl composition of secondry phses in cold worked nd isothermlly treted smples CONCLUSIONI Il mterile deformto freddo present un progressiv riduzione dello spessore dei grni ustenitici e ferritici nell direzione di lminzione con l umentre dell deformzione, umentndo così l nisotropi del mterile. Trttmenti termici di mntenimento C per tempi fino 30 minuti provocno l formzione di fsi secondrie, identificte come χ e σ medinte esmi l SEM-EDS. L precipitzione vviene prevlentemente i punti tripli e i ordi di grno, in quntità differenti per diversi grdi di deformzione. Nelle condizioni di trttmento considerte l entità dell preci- 16 L Metllurgi Itlin - n. 5/2011

5 Acciio inossidile pitzione 850 C è molto modest, inferiore ll 1% e non semr essere influenzt dl grdo di deformzione. Invece 900 C l quntità di precipitti è notevolmente superiore e, prità di condizioni di trttmento, ument con l umentre dell deformzione. I risultti ottenuti indicno quindi che l deformzione freddo provoc un riduzione dei tempi di precipitzione, già per deformzioni del 15%. Di conseguenz il mterile deformto freddo risult molto più sensiile ll precipitzione e i conseguenti effetti dnnosi si per l tencità che per l resistenz ll corrosione. BIBLIOGRAFIA [1] Keichel J, Crumch M, Schrven P, Gottstein G, Foct J. Proc, ICO- TOM-12, Ed. By Szpunr JA. Montrel, 1999;817. [2] J. Kichel, J. Foct e G. Gottstein. Deformtion nd Anneling Behvior of Nitrogen Alloyed Duplex Stinless Steels. Prt I, ISIJ Interntionl, 2003, 43, [3] Merino C, Hierro P, Fernndez P, Fosc C. Kinetic study of eutectoid trnsformtion to 24% Cr/ 7% Ni duplex stinless steel. Gooch TG, editor. Proc 4th Int Conf on Duplex 94 Stinless Steels, vol. 1, Glsgow, Scotlnd, Pper 41, [4] Clliri et l., Precipittion of secondry phses in super duplex stinless steel ZERON100 isothermlly ged, Mter. Sci. Technol., (2010) in press. [5] G. Strffelini, S. Bldo, I. Clliri, E. Rmous Effect of Aging on the Frcture Behvior of Len Duplex Stinless Steels. Metllur. nd Mt. Trns. A (2009) v 40A, p 2617 [6] S. Bldo, I. Mészáros. Effect of cold rolling on microstructure nd mgnetic properties in metstle len duplex stinless steel. Journl of Mt. Scien. (2010) v 45, p [7] I. Clliri, E. Rmous, G. Reuffi, G. Strffelini. Investigtion of Secondry Phse Effect on 2205 DSS Frcture Toughness, L Metllurgi Itlin, luglio-gosto 2008, 5-8. [8] I. Clliri, E. Rmous, M. Znesco, Influence of isotherml ging on secondry phses precipittion nd toughness of duplex stinless steel J. Mt. Sci. (2006) 41, [9] Clliri et l., Investigtion of secondry phse effect on 2205 DSS frcture toughness, Mter. Sci. Technol., 26 (2010) [10] S. Bldo, M. Znellto, I. Clliri. Phse trnsformtions in Super Duplex Stinless Steel fter isotherml nd continuous cooling tretments. Proc. Eur. Cong. nd Exh. on Advn. Mt. nd Proc. EU- ROMAT, Glsgow (UK) 2009 Astrct Effect of het tretment fter cold rolling deformtion of duplex stinless steels SAF 2205 Key word: het tretment, cold rolling deformtion, duplex stinless steel The fvorle comintion of properties of duplex steels mkes this clss of stinless steels widely employed in oil nd gs, petrochemicl, pulp nd pper, pollution control, nd nucler industries. They re sujected to precipittion of secondry phses, which degrde the properties in the temperture rnge C. The im of this work is to nlyze the influence of the het tretment crried out t 850 nd 900 C, in the precipittion of secondry phses fter cold rolling deformtion (reduction 5%, 10% nd 15%). The influence of percent reduction on phse precipittion ws nlyzed, using opticl nd electron microscopy. In order to quntify the precipitte phses, the imge nlysis softwre ws employed. The results reveled tht the cold worked mteril is much more sensitive to precipittion of secondry phses nd hve consequent wekening fter isotherml tretment. L Metllurgi Itlin - n. 5/