Effect of annealing process on microstructure, residual stress, and fatigue behaviour of AISI 2205 duplex stainless steel

ABSTRACT

This study investigated the microstructure, residual stress, and fatigue behavior of duplex stainless steels that have been annealed with different annealing processes. A cold-rolled AISI 2205 Duplex Stainless Steel (DSS) sample was annealed in three ways for this purpose. In modes 1 and 2, samples were annealed at 500°C for 6 and 8 hours, respectively. The sample was annealed for 6 hours at 950°C for mode 3.The Optical Microscopy (OM) technique was used to determine the crystallographic texture and microstructural characteristics. An X-ray Diffraction (XRD) analysis was used to determine the residual stresses in austenite and ferrite phases on pre- and post-heat-treated samples. The Scanning Electron Microscope (SEM) technique was utilized to assess fatigue cracks. The results showed that the texture microstructure of the specimens using mode 1 and 2 were remained; the grain had a smaller fragmentation. The elongation grains of the specimen after mode 3 were smaller, relatively spheroidal, and more homogeneous. There was a reduction in residual stress after mode 3 annealing process. The fatigue strength of the specimens that under applied this process was 11.1% higher than that of specimens in the as-received state.

On examine encore le traitement thermique pour améliorer les propriétés mécaniques de l’acier, puisque c’est un procédé complexe qui a besoin d’être étudié en profondeur. Dans l’étude en cours, on a réalisé une étude de la microstructure, des contraintes résiduelles et du comportement à la fatigue des aciers inoxydables duplex qui one été recuits avec différents traitements de recuit. Dans cette étude, on a recuit de trois façons des échantillons laminés à froid d’acier inoxydable duplex (DSS) AISI 2205. Dans les modes 1 et 2, on a recuit les échantillons à 500°C pendant 6 et 8 heures, respectivement. Pour le mode 3, on a recuit les échantillons pendant 6 heures à 950°C. La technique de microscopie optique (MO) a déterminé la texture cristallographique et les caractéristiques microstructurales. On a utilisé une analyse de diffraction des rayons X (XRD) pour déterminer les contraintes résiduelles dans les phases d’austénite et de ferrite des échantillons pré- et post-traités thermiquement. La technique du microscope électronique à balayage (MEB) a évalué les fissures de fatigue. Les résultats ont montré que la texture de la microstructure des spécimens utilisant les modes 1 et 2 demeurait en place; le grain présentait une plus petite fragmentation. Les grains allongés des spécimens après le mode 3 étaient plus petits, relativement sphériques et plus homogènes. Il y avait une réduction de la contrainte résiduelle après le procédé de recuit du mode 3. La résistance à la fatigue des spécimens qui ont subi ce procédé était de 11.1% supérieure à celle des spécimens à l’état tel que reçu.

KEYWORDS:

• Microstructure
• residual stress
• duplex stainless steel
• annealing
• fatigue
• X-ray diffraction

Acknowledgements

We acknowledge the support of the Material Testing Laboratory at Ho Chi Minh City University of Technology and Education and the Ho Chi Minh City Center for Nuclear Techniques for completing this research.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

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