Utvikling av metode for bråkjøling i SEM og in situ EBSD-karakterisering av fasetransformasjoner i F 70 stål.

Abstract

Fasetransformasjoner som skjer ved sveising av F 70 arktisk stål fører til at ugunstige mikrostrukturer oppstår i den varmepåvirkede sonen av grunnmaterialet (HAZ). Ved gjentatt oppvarming av HAZ vil det kunne dannes områder med martensitt/austenitt-fase (MA-fase) langs tidligere austenittkorngrenser. For at den karakteristiske mikrostrukturen som er forbundet med sveising skal kunne oppstå kreves det en rask nedkjøling fra tofaseområdet for stål. Teknikken med å skanne overflaten av en prøve for å ta opp diffraksjonsmønster fra tilbakesprette elektroner (EBSD-teknikken) i SEM, er tidligere blitt brukt for å karakterisere framveksten av austenitt under oppvarming av stål til tofaseområdet. Da det er vakuum i SEM under kjøring vil prøver kjøles sakte ned. Det er aldri før blitt gjort in situ forsøk på å bråkjøle stål fra tofaseområdet i SEM. Det har derfor ikke vært mulig å studere effektene bråkjøling har på dannelsen av mikrostrukturer som er avhengig av rask nedkjøling, deriblant dannelsen av MA-fase. For å EBSD-karakterisere dannelsen av MA-fase ble en metode for bråkjøling i SEM utviklet. Ved bruk av metoden for bråkjøling i SEM ble det oppnådd en kjølehastighet på ca. 40 oC/s. Dette var tilstrekkelig rask kjøling til å danne MA-faser ved bråkjøling av F 70-stål. Under in situ-forsøkene ble prøver varmet til tofaseområdet for ferritt og austenitt og holdt ved en temperatur i tofaseområdet i 5 minutter før EBSD-skann ble gjort. Prøver som ble varmet for høyt opp i tofaseområdet fikk så store forandringer i mikrostrukturen at mikrostrukturen før oppvarming og etter bråkjøling ikke var sammenliknbar. Da det viste seg vanskelig å måle en pålitelig temperaturen på varme prøver, var det vanskelig å finne en temperatur som gav en mengde austenitt som gjorde det mulig å sammenlikne in situ oppvarmede prøver med tosykel sveisesimulerte prøver. Målet for denne oppgaven var å utvikle et kjølesystem som gir tilstrekkelig rask kjøling for å oppnå sveisesimulering. Det var også viktig å oppnå en mikrostruktur som er lik den som oppstår ved sveisesimulering. En gunstig holdetemperatur måtte derfor finnes ved prøving og feiling.Prøver som ble varmet like over A1 temperaturen for F 70-stål fikk MA-faser langs tidligere austenittkorngrenser etter bråkjøling. På grunn av holdetid i tofaseområdet ble framveksten av austenitt større ved in situ-forsøk enn ved sveisesimulering. Morfologien av MA-fasen som dannes fra in situ-forsøk ble derfor forskjellig fra de som observeres i tosykel sveisesimulerte prøver.Austenitten som vokser fram i tofaseområdet oppfyller K-S-orienteringssammenheng med BCC-strukturen inne i tidligere austenittkorn. Austenitten er derfor riktig indisert og ikke en artifakt.Ved oppvarming av prøver var det mulig å benyttes dobbelt så høy skannhastighet i forhold til før oppvarming. Dette gjør at større områder av oppvarmede prøver kunne skannes uten å bruke lang tid.