Kimdanning av sprøbrudd i et 420 MPa arktisk stål

Abstract

Sveising fører til endret mikrostruktur i deler av stålet. I kombinasjon med lave temperaturer oppstår nye forutsetninger for brudd.I denne masteroppgava ble det sett på initiering av sprøbrudd i et sveisesimulert 420 MPa HSLA-stål fra Nippon Steel. Dette ble gjort ved å studere mikrostrukturen og bruddflata til seks sveisesimulerte prøver etter bruddmekanisk trepunktsbøying med utmattingskjerv. I tillegg ble det videre undersøkt en mulig MA-fase som tidligere ble funnet i et initieringspunkt på ei prøve med interkritisk grovkornet HAZ.To prøver hadde simulert grovkornet HAZ og fire prøver var forsøkt rendyrket martensitt- og bainittstruktur. Acikulær ferritt ble her sett på som en del av bainittstrukturen. Alle prøvene ble varmet opp til 1350 ◦C og hadde avkjølingstid, ∆τ8/5, på 5, 15 og 22,5 sekunder for derved å simulere henholdsvis martensittstruktur, grovkornet HAZ og bainittstruktur. Prøvene ble brukket ved −60 ◦C.Det var forventet at økt andel bainittstruktur i prøvene ville føre til lavere seighet og dermed lavere CTOD-verdier. Martensittstrukturen var noe selvanløpt og dermed mer duktil. Imidlertid var ikke sammenhengen mellom andel bainittstruktur og initiering av sprøbrudd så klar som forventet og det var mange observasjoner som svekket styrken i sammenhengen.På alle seks bruddprøvene ble alle mulige initieringspunkt langs og foran sprekkspissen kartlagt ved bruk av SEM. Det ble funnet dobbelt så mange initieringspunkt på prøvene med avkjølingstid lik 5 sekunder som de med avkjølingstid lik 15 og 22,5 sekunder. Imidlertid lå mange av disse sværtnær hverandre og mange var låst av duktil bruddvekst.Etter undersøkelse i SEM ble de fire rendyrkede bruddprøvene nitaletsa og undersøkt på ny. Det ble observert karbider i, eller rett ved, 61% av initieringspunktene, flest i prøvene med avkjølingstid lik 22,5 sekunder. Dette viser at initieringen kan være knyttet til karbider og dermed bainittstruktur.Mikrostrukturen til de ulike prøvene ble studert i lysmikroskop. Prøvene med martensittstruktur inneholdt også områder med bainittstruktur. Det var forventet at disse prøvene skulle få høyest CTOD-verdier på grunn av duktil martensitt, men det var ikke tilfellet. De lave CTOD-verdiene kan ha vært grunnet initiering i bainittstrukturen.Det var ingen klar tendens på hva slags beliggenhet initieringspunktene hadde i forhold til prøvenes mikrostruktur eller CTOD-verdi. På alle prøvene ble det observert initiering foran sprekkspiss. Disse initieringene ga mest bruddvekst, bortsett fra i de to rendyrkede prøvene med lavest CTOD-verdi.Det ble gjort tre slipesteg inn i prøvene med grovkorna HAZ for å undersøke mikrostrukturfordelingen langs bruddkantene ved bruk av lysmikroskop. Andelen martensitt og bainitt langs hele bruddkanten ble estimert ved å vurdere mikrostrukturen i hvert punkt som var relevant i et rutenett. Det var ingen markant forskjell i fordelingen av mikrostruktur langs bruddkanten i forhold til CTOD-verdi.Mikrosondeundersøkelser av og rundt en forhøyning i et initieringspunkt på ei prøve med interkritisk grovkornet HAZ indikerte at det kunne være en MA-fase. Desverre forsvant forhøyningen da den skulle kuttes ut ved hjelp av FIB for å undersøkes i TEM.