HOT WORKABILITY OF 2304 AND 2205 DUPLEX STAINLESS STEELS

• Published in: Canadian metallurgical quarterly Vol. 43; no. 3; pp. 339 - 353
• Main Authors: EVANGELISTA, E., McQUEEN, H.J., NIEWCZAS, M., CABIBBO, M.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Kingston, ON Taylor & Francis 2004; Metallurgical Society of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy
• Subjects: Applied sciences; Exact sciences and technology; Forming; Metals. Metallurgy; Production techniques; Workability; Duplex stainless steel; Formability; Hot forming; Dual phase steel; Austenitic ferritic steel
• ISSN: 0008-4433; 1879-1395
• DOI: 10.1179/cmq.2004.43.3.339

The duplex stainless steels 2304 and 2205 were subjected to torsion testing over the range of temperatures from 1000 to 1200 °C and strain rates from 0.1 to 5 s-1 to characterize their hot working behaviour. The flow curves exhibit a peak followed by a decline towards a steady state that is attained at high temperatures and low strain rates. The peak stresses are fitted to a sinh-Arrhenius constitutive equation with activation energies of 536 and 406 kJ/mol, respectively. The optical microstructure shows elongated austenite regions in a ferrite matrix that increase in volume fraction with a rising temperature. The austenite phase becomes more elongated as the fracture strain rises indicating that both phases codeform in the temperature regime studied. During hot deformation, the ferrite effectively undergoes dynamic recovery, thus its substructure consists of well polygonized subgrains. In contrast, dynamic restoration processes are much suppressed in the austenite phase. The austenite substructure contains dense irregular dislocation networks and the dynamic recrystallization is observed only at very high temperatures. The hot ductility of the steels is limited by the cracking at the ferrite/austenite interphase boundaries; however, it improves as the temperature rises and the strain rate declines reaching maximum true strains of about 1.2 and 3, respectively. Present results indicate that the hot workability of 2304 and 2205 duplex stainless steels can be improved modestly by multistage testing. This is attributed to the static restoration processes (static recovery of ferrite and static recrystallization of austenite) which reduce internal stress concentrations but can not inhibit interphase boundaries from nucleating the cracks. On a soumis les aciers inoxydables duplex 2304 et 2205 à des essais de torsion dans la gamme de températures de 1000 à 1200 °C et à des vitesses de déformation de 0.1 à 5 s-1 afin de caractériser leur comportement de travail à chaud. Les courbes d'écoulement exhibent un pic suivi par un déclin vers une asymptote qui est atteinte à températures élevées et à basses vitesses de déformation. On ajuste les pics de contrainte à une équation constitutive de sinh-d'Arrhénius avec des énergies d'activation de 536 et 406 kJ/mol, respectivement. La microstructure optique montre des régions allongées d'austénite, dans une matrice de ferrite, dont la fraction volumique augmente avec une élévation de la température. La phase d'austénite s'allonge à mesure que l'effort de rupture s'élève, indiquant que les deux phases se co-déforment dans le régime de température étudié. Lors de la déformation à chaud, la ferrite subit effectivement une récupération dynamique, donc sa sous-structure consiste en sous-grains polygonaux bien formés. Par contraste, les procédés de restauration dynamique sont plutôt supprimés dans la phase d'austénite. La sous-structure de l'austénite contient des réseaux denses et irréguliers de dislocations et la recristallisation dynamique est observée seulement à des températures très élevées. La ductilité à chaud des aciers est limitée par la fissuration à l'interface ferrite/austénite; cependant, elle s'améliore à mesure que la température s'élève et que la vitesse de déformation décline, atteignant des déformations réelles maximales d'environ 1.2 et 3, respectivement. Les résultats courants indiquent que l'on peut modestement améliorer la malléabilité à chaud des aciers inoxydables duplex 2304 et 2205 par essais en plusieurs étapes. Ceci est attribué aux procédés de restauration statique (récupération statique de la ferrite et recristallisation statique de l'austénite) qui réduisent la concentration de contraintes internes mais qui ne peuvent pas empêcher l'interface de générer des fissures.