ITEM METADATA RECORD
Title: Niobium Containing Precipitates in Ferritic Stainless Steel (Niobiumhoudende precipitaten in ferritisch roestvast staal)
Other Titles: Niobium Containing Precipitates in Ferritic Stainless Steel
Authors: Malfliet, Annelies
Issue Date: 22-Feb-2010
Abstract: Roestvast staal is in principe een Fe-Cr legering met voldoende Cr om he t materiaal tegen corrosie en oxidatie te beschermen door de vorming van een dunne en stabiele laag chroomoxide aan het oppervlak. Naast een uit stekende corrosie- en oxidatieweerstand in vergelijking met koolstofstaa l, biedt roestvast staal een combinatie van goede mechanische thermische en chemische eigenschappen voor een relatief lage kostprijs. Voor hoge- temperatuur-toepassingen kunnen zowel austenitische als ferritische roes tvaste stalen geselecteerd worden. Austenitische roestvast staallegering en hebben een hogere mechanische sterkte dan hun ferritische tegenhanger s, maar zijn tijdens thermische cycli meer onderhevig aan vervorming en verlies van de oxidehuid. Economisch gezien zijn ferritische legeringen interessanter omdat ze minder afhankelijk zijn van de hoge en fluctueren de Ni prijs. Als een compromis tussen een goede vervormbaarheid, hoge-te mperatuur-eigenschappen en weerstand tegen cyclische oxidatie, is het Nb gestabiliseerd ferritisch roestvast staal F14Nb ontwikkeld door Arcelor Mittal. De goede kruipweerstand van deze legering wordt toegeschreven aa n de precipitatie van Fe2Nb3 aan de korrelgrenzen. Een optimalisatie van deze staallegering vereist meer kennis in de aard van deze precipitaten . Het eerste doel van deze studie was het achterhalen van de aard van de F e2Nb3 precipitaten in de Nb gestabiliseerde ferritische roestvast staall egering F14Nb. Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Elect ron Microscopy (TEM) en in-situ TEM werden gebruikt om de faserela ties te bestuderen als functie van tijd en temperatuur. De kristallograf ie en samenstelling van de Fe2Nb3 precipitaten werden gekarakteriseerd m et Selective Area Electron Diffraction (SAED), Electron Energy Loss S pectroscopy (EELS), Wavelength Dispersive Spectroscopy (WDS) en Au ger Electron Spectroscopy (AES). Het tweede doel van dit werk was het bepalen van de invloed van legeringelementen op het precipitatiegedrag van ferritisch roestvast staal. Dit werd gerealiseerd door onderzoek van Fe-15Cr-xNb, Fe-15Cr-1Nb-yY (Y = C, N en O) en Fe-15Cr-xNb-z</ &gt;Z (Z = Al, Si en SiO2) legeringen. Ten slotte werd de aanwezigheid van de Fe2Nb3 fase in het Fe-Nb, Cr-Fe-Nb en Cr-Fe-Nb-O systeem systematisch bestudeerd.
Table of Contents: Voorwoord i
Abstract iii
Beknopte samenvatting v
List of symbols vii
1 General introduction 1
1.1 Frame 1
1.2 Objectives 2
1.3 Outline 2
2 Nb stabilized ferritic stainless steel: properties and applications 5
2.1 Introduction 5
2.2 Stainless steel 5
2.3 Nb stabilized ferritic stainless steel 7
2.4 Application of stainless steel: car exhaust system 8
2.4.1 Steel requirements 9
2.4.2 The ferritic stainless steel grade F14Nb 12
2.5 Conclusion 17
3 Nb stabilized ferritic stainless steel: phase equilibria in the subsystems 19
3.1 Introduction 19
3.2 The binary Fe-Nb system 19
3.3 Ternary and quaternary systems 22
3.3.1 The Cr-Fe-Nb system 22
3.3.2 The Fe-Nb-C system 22
3.3.3 The Fe-Nb-N system 23
3.3.4 The Fe-Nb-O system 24
3.3.5 The Fe-Nb-C-N system 24
3.3.6 The Cr-Fe-Nb-X systems with X = C, N or O 25
3.4 The eta Fe2Nb3 phase of the filled Ti2Ni type 25
3.4.1 Interstitial stabilization of the eta phase in Fe-Nb alloys 25
3.4.2 eta phase precipitates in iron and steel alloys 27
3.4.3 Intermetallic compounds of the Ti2Ni type 28
3.5 Conclusion 31
4 Methodology, experimental setup and analysis 33
4.1 Introduction 33
4.2 Methodology 33
4.3 Experimental setup 34
4.3.1 Alloy preparation 34
4.3.2 Heat treatment 36
4.4 Analysis 39
4.5 Thermodynamic calculations 44
5 The precipitation of Nb in industrial ferritic stainless steel 47
5.1 Introduction 47
5.2 Nb stabilized ferritic stainless steel F14Nb 47
5.2.1 As-received steel 47
5.2.2 Effect of temperature 51
5.2.3 Characterization of the Fe2Nb3 precipitates in F14Nb 52
5.2.4 Evolution of the Fe3Nb3N precipitates with time 61
5.3 Nb+Ti stabilized ferritic stainless steel AISI 441 65
5.4 Comparison of the microstructure between F14Nb and AISI
441 67
5.5 Conclusion 68
6 Nucleation of Fe3Nb3N precipitates in industrial ferritic stainless steel 71
6.1 Introduction 71
6.2 In-situ TEM experiments 72
6.3 In-situ observation of the Fe3Nb3N precipitation 73
6.4 Comparison between in-situ and ex-situ TEM experiments 78
6.5 Nucleation and growth of Fe3Nb3N in the presence of Nb2N 80
6.6 Conclusion 88
7 Investigation of a Ti2Ni type phase in the Cr-Fe-Nb-O system 91
7.1 Introduction 91
7.2 The binary Fe-Nb system 92
7.3 The ternary Cr-Fe-Nb system 94
7.4 The quaternary Cr-Fe-Nb-O system 96
7.4.1 Phase relations at 950 °C 96
7.4.2 Characterization of the (Fe,Cr)6Nb6Ox phase 97
7.5 From the binary Fe-Nb to the quaternary Cr-Fe-Nb-O system 105
7.6 Conclusion 110
8 Effect of C, N and O on the precipitation in Fe-15Cr-xNb
alloys 113
8.1 Introduction 113
8.2 Precipitation in Fe-15Cr-xNb alloys 114
8.2.1 Sample preparation 114
8.2.2 Precipitation treatment 115
8.2.3 Summary on Fe-15Cr-xNb 116
8.3 Precipitation in Fe-15Cr-1.0Nb alloys after nitrogenation 117
8.3.1 Sample preparation 117
8.3.2 Nitrogenation treatment 118
8.3.3 Precipitation treatment 119
8.3.4 Summary on Fe-15Cr-1.0Nb after nitrogenation 124
8.4 Precipitation in Fe-15Cr-1.0Nb alloys after carburization 127
8.4.1 Sample preparation 127
8.4.2 Precipitation treatment 127
8.4.3 Summary on Fe-15Cr-1.0Nb after carburization 129
8.5 Precipitation in Fe-15Cr-1.0Nb alloys after oxygenation 130
8.5.1 Sample preparation 130
8.5.2 Oxygenation treatment 131
8.5.3 Heat treatment 136
8.6 Summary on Fe-15Cr-1.0Nb after oxygenation 148
8.7 Conclusion 148
9 Effect of Al and Si on the precipitation in Fe-15Cr-xNb
alloys 151
9.1 Introduction 151
9.2 Precipitation in Fe-15Cr-0.5Nb-zAl alloys 152
9.2.1 Alloy preparation 152
9.2.2 Expected phase equilibria in the Fe-15Cr-0.5Nb-zAl
alloys 153
9.2.3 Precipitation behavior of Fe-15Cr-0.5Nb-zAl alloys 155
9.2.4 Summary on Fe-15Cr-0.5Nb-zAl 159
9.3 Precipitation in Fe-15Cr-1.0Nb-zSi(O2) alloys 160
9.3.1 Alloy preparation 160
9.3.2 Expected phase equilibria in the Fe-15Cr-1.0Nb-zSi(O2) alloys 161
9.3.3 Precipitation behavior of Fe-15Cr-1.0Nb-zSi(O2) alloys 162
9.3.4 Summary on Fe-15Cr-1.0Nb-zSi(O2) alloys 166
9.4 Conclusion 167
10 Recapitulation of the precipitation in Nb stabilized ferritic stainless steel 169
10.1 Introduction 169
10.2 Phase prediction 169
10.3 Presence of alloying elements in Fe3Nb3Xx and Fe2Nb 175
10.4 Conclusion 177
11 Conclusions and future work 179
11.1 Conclusions 179
11.2 Suggestions for future work 180
Nederlandstalige samenvatting N–1
List of publications P–1
Curriculum vitae CV–1
ISBN: 978--94-6018-177-1
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Department of Materials Engineering - miscellaneous
Chemical and Extractive Metallurgy Section (-)

Files in This Item:
File Status SizeFormat
main.pdf Published 10267KbAdobe PDFView/Open Request a copy

These files are only available to some KU Leuven Association staff members

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.