Struktura stali S304H po 20 000 godzin starzenia

Autorzy: dr inż. Robert Wersta , prof. dr hab. inż. Adam Zieliński
Data publikacji: 18.05.2023 r. Numer wydania: Stal 5-6/2023

czas starzenia mikrostruktura procesy starzeniowe stal S304H stale austenityczne starzenie stali

Zakres i metody badań

W ramach prowadzonych badań opisano wpływ temperatury i czasu długotrwałego starzenia na zmiany w mikrostrukturze badanego materiału po 20 000 godzinach starzenia w temperaturze 650°C i 700°C. Pierwszy etap badań po 10 000 godzin starzenia przedstawiono w [18].

Obserwację mikrostruktury przeprowadzono za pomocą mikroskopu świetlnego, skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) na konwencjonalnie przygotowanych zgładach metalograficznych trawionych elektrolitycznie a także transmisyjnym mikroskopie elektronowym (TEM), wykorzystując cienkie folie. Analizę procesów wydzieleniowych przeprowadzono za pomocą cienkich folii przy wykorzystaniu selektywnej dyfrakcji elektronów. Analizę ilościową wydzieleń przeprowadzono przy zastosowaniu systemu analizy obrazu NIKON EPIPHOT200 & LUCIA G v.5.03. Korzystając z markera skali, umieszczonego na zdjęciach, skalibrowano system analizy obrazu. Współczynnik kalibracji:

1 piksel = 0,040 µm.

Badania wykonano na materiale po długotrwałym starzeniu przez 20 000 godzin w temperaturze 650°C i 700°C.

Wyniki badań wpływu czasu starzenia na mikrostrukturę

Mikrostrukturę stali Super 304H w stanie dostawy (po przesycaniu) przedstawiono na rys. 2. Badany materiał charakteryzuje się austenityczną osnową z widocznymi bliźniakami wyżarzania a także pojedynczymi pierwotnymi wydzieleniami o zróżnicowanej wielkości, rozmieszczonymi wewnątrz ziaren. Wielkość ziarna w badanej stali według wzorców ASTM wynosiła 7-9.

Czas starzenia stali

Starzenie stali Super 304H w temperaturze 650°C i 700°C przez 20 000 godzin istotnie wpływa na rozwój procesów wydzieleniowych, co potwierdziła też obserwacja mikrostruktury (rys. 3-5).

Czas starzenia

Wraz z dłuższym czasem starzenia obserwowano na obrazach mikrostruktury wzrost ilości i wielkości węglików Cr₂₃C₆ po granicach ziaren austenitu i bliźniakach wyżarzania. Wydzielenia typu M₂₃C₆ tworzą układy w postaci siatki po granicach ziaren. Badania mikrostruktury po starzeniu przez 20 000 godzin wykazały również występowanie międzymetalicznej fazy s (rys. 3, 6, 9), której wielkość i udział procentowy jest znacznie większy w przypadku starzenia w temperaturze 700°C, co przedstawiają rys. 4 i 7, a ich podsumowanie zestawiono w tab. 3.

Faza s

Niekorzystna faza s bogata w chrom wydziela się w stalach austenitycznych podczas eksploatacji powyżej 600°C (rys. 1). Miejscami szczególnie uprzywilejowanymi do jej wydzielania są styki trzech ziaren a także wydzielenia ferrytu d. Podczas wydzielania fazy s na granicach ziaren towarzyszy rozpuszczanie w osnowie wydzieleń Cr₂₃C₆.

STAL_5-6_23_Robert_Wersta_Adam_Zielinski_STALI_S304H_STARZENIE_RYS_6_A — Rys. 6a. Mikrostruktura stali Super 304H po starzeniu w temperaturze 700°C/20 000 godzin z wydzieleniami fazy ε_Cu w osnowie; rys: autorzy

STAL_5-6_23_Robert_Wersta_Adam_Zielinski_STALI_S304H_STARZENIE_RYS_6_B — Rys. 6b. Mikrostruktura węglików M23C6 i fazy σ po granicach ziaren, obserwacja SEM; rys: autorzy

STAL_5-6_23_Robert_Wersta_Adam_Zielinski_STALI_S304H_STARZENIE_RYS_7_A — Rys. 7a. Wyniki analizy ilościowej średnicy równoważnej wydzieleń fazy σ po 20 000 godzin starzenia w temperaturze 700°C (min. – 0,65, maks. – 6,2); rys: autorzy

STAL_5-6_23_Robert_Wersta_Adam_Zielinski_STALI_S304H_STARZENIE_RYS_7_B — Rys. 7b. Wyniki analizy ilościowej wydzieleń pola fazy σ po 20 000 godzin starzenia w temperaturze 700°C (min. – 0,33, maks. – 30,2); rys: autorzy

Wydzielanie fazy s prowadzi do obniżenia właściwości plastycznych, a także odporności na utlenianie w parze wodnej jak również zgorzelinowanie w atmosferze spalin [3, 16].

Wyszukaj w serwisie