On the effect of nitrogen on duplex stainless steels

Le rôle des additions d’azote dans les aciers inoxydables austéno-ferritiques

¹ Outokumpu Stainless Research Foundation, Royal Institute of Technology, KTH, Brinellvägen 23, SE-100 44 Stockholm, Sweden
e-mail: Staffan.Hertzman@outokumpu.com
² GM APERAM I-R&D, La Plaine St-Denis, France
e-mail: jacques.charles@aperam.com

Received: 9 November 2011
Accepted: 9 November 2011

Abstract

One of the key issues in the development of the modern duplex stainless steels was the introduction of nitrogen as an alloying element. This was made possible by e.g. the AOD process and has meant that the problems with earlier grades regarding weldability could be solved. The prime reason for the lower weldability, namely a coarse-grained heat affected zone with inferior properties was then removed. Further beneficial effects of nitrogen increases in the new generation of duplex grades were pointed out: localized corrosion resistance particularly in chloride containing solutions, enhancement of fatigue properties, improved creep properties particularly when considering heat treatment...The paper will outline the influence of nitrogen additions in duplex grades by means of thermodynamic calculations including phase diagrams, TTT phase precipitation diagrams from metallographic investigations, mechanical and corrosion properties. Metallographic investigations, corrosion resistance properties and mechanical properties will be presented. The specific links between welded joints microstructures and properties with different nitrogen contents will be discussed.

Résumé

Le développement des aciers austéno-ferritiques de la nouvelle génération n’a été rendu possible que par l’addition de teneurs significatives d’azote comme élément d’alliage. Ceci a été rendu possible dès les années 70 grâce à l’introduction de la technologie AOD (argon, oxygène, décarburation) lors de l’élaboration des aciers. Cet ajout de teneurs significatives d’azote a permis de rendre las aciers duplex soudables en supprimant le grossissement du grain ferritique en zone affectée par la chaleur de soudage qui conduisait à une fragilité mécanique des assemblages. Les nouvelles générations d’aciers duplex ont des ajouts encore supérieurs en azote car ils apportent une stabilisation améliorée de la structure biphasée avec les cycles thermiques, une amélioration de la tenue à a corrosion localisée en milieux chlorurés, une amélioration des propriétés en fatigue mécanique, une amélioration de la tenue au fluage tout particulièrement lors des traitements thermiques...L’article souligne l’intérêt des ajouts d’azote dans les aciers austéno-ferritiques à l’aide de calculs thermodynamiques, diagrammes de phases, courbes TTT de précipitations déterminées par observations métallographiques, propriétés mécaniques et de tenue à la corrosion. L’influence d’ajouts d’azote sur des propriétés mécaniques et de tenue à la corrosion des aciers duplex sera présentée. Finalement les liens plus spécifiques entre structures de joints soudés, additions d’azote et propriétés d’usage seront discutés.