Impact toughness of high chromium content ferritic stainless steels

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2010
Major/Subject
Koneenrakennuksen materiaalitekniikka
Mcode
Kon-67
Degree programme
Language
en
Pages
107 + [11]
Series
Abstract
The high and volatile price of nickel has forced the steelmakers to develop new steel grades to replace the traditional austenitic stainless steels. New generation ferritic stainless steels, containing 21% chromium and 0,4% copper, establish great corrosion properties. The main problems with the new generation ferritic stainless steels are their poor toughness and high transition temperature. The objective of this Thesis is to study the toughness of four 21% Cr and one 24% Cr containing ferritic stainless steels and compare the results to the toughness of Outokumpu Polarit 816-1 steel. Different grades of stainless steels with a focus in the ferritic stainless steels are discussed in the theory part of this Thesis. The theory part focuses on the toughness properties and the fracture mechanisms and mechanics of ferritic stainless steels. The toughness of the test materials were tested via Charpy-V tests in the experimental part of the Thesis. The transition curves were determined with Wallin's methods. The fracture surfaces were examined with FEG-SEM to define the brittle fracture mechanism and how the brittle fracture nucleates. The hot strips of high chromium content ferritic stainless steels are brittle in room temperature. The brittle fracture mechanism observed with FEG-SEM was mainly cleavage. The test materials with high carbon and nitrogen contents had higher transition temperatures and lower upper shelf energies than the test materials with lower carbon and nitrogen contents. The heat treatment simulating the cooling of a coil had a detrimental effect on the toughness properties of the test materials

Nikkelin korkea ja epävakaa hinta on sysännyt terästehtaita kehittämään uusia teräslaatuja korvaamaan perinteisiä austeniittisia ruostumattomia teräksiä. Uuden sukupolven ferriittiset ruostumattomat teräkset, mitkä sisältävät 21 % kromia ja 0,4% kuparia, ovat osoittautuneet korroosio-ominaisuuksiltaan erinomaisiksi. Niiden ongelmana on kuitenkin hauraus ja korkea transitiolämpötila. Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia neljän 21 % kromia ja yhden 24 % kromia sisältävän ferriittisen ruostumattoman teräksen iskusitkeyttä ja verrata niitä tuotannossa olevan Outokumpu Polarit 816-1 ferriittisen ruostumattoman teräksen iskusitkeyteen. Diplomityön kirjallisuusosassa käydään läpi eri ruostumattomat teräkset keskittyen ferriittisiin ruostumattomiin teräksiin. Teoriassa keskitytään ferriittisten ruostumattomien terästen iskusitkeyteen liittyvien ilmiöiden käsittelyyn ja murtumismekanismeihin sekä mekaniikkaan. Kokeellisessa osuudessa kaikkien koemateriaalien iskusitkeysenergiat määriteltiin Charpy-V-iskusitkeyslaitteistolla, ja transitiokäyrät määriteltiin käyttäen hyväksi Wallinin metodeja. Murtopintoja tutkittiin FEG-SEM:lla haurasmurtuman ydintymistavan ja -paikan selvittämiseksi. Korkeakromisten ferriittisten ruostumattomien terästen kuumanauhat murtuvat hauraasti jo huoneenlämpötilassa. FEG-SEM:lla havaittiin murtumismekanismin olevan pääsääntöisesti lohkomurtuma. Korkean hiili- ja typpipitoisuuden omaavien koemateriaalien transitiolämpötila oli korkeampi ja ylätasanne-energiat matalampia kuin matalan hiili- ja typpipitoisuuden omaavien koemateriaalien. Kelan jäähtymistä simuloiva lämpökäsittely heikensi kaikkien koemateriaalien iskusitkeyttä huomattavasti.
Description
Supervisor
Hänninen, Hannu
Thesis advisor
Levonmaa, Raimo
Romu, Jyrki
Keywords
ferritic stainless steel, ferriittinen ruostumaton teräs, impact toughness, iskusitkeys, Charpy-V, Charpy-V, transition temperature, transitiolämpötila
Other note
Citation