Dynamic recrystallization and grain refinement in a high purity 304L type austenitic stainless steel

Recristallisation dynamique et affinement des grains dans un acier inoxydable austénitique de haute pureté du type 304L

Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, Centre SMS, URA CNRS 1884 158, cours Fauriel, 42023 Saint-Etienne cedex 02, France

Abstract

Dynamic recrystallization was investigated using a high purity model material, with a composition near that of AISI 304L austenitic stainless steels. Interrupted uniaxial compression tests were performed at 850 °C and 10^-3 s^-1. Under such conditions, dynamic recrystallization leads to grain refinement and is associated with a single peak stress-strain curve. A decrease of grain size by a factor of 3 from the initial (ε = 0) to the steady state (ε = 1,5) is observed. The typical necklace nucleation mechanism appears at a strain of 0.4 and causes noticeable softening. Inhomogeneities from grain to grain are quite apparent : in “young” grains, internal misorientations are limited, while twins are systematically detected ; by contrast, in “old” grains, an internal substructure is visible, whereas twins have transformed into normal grain boundaries. At the steady state, the microstructure is made of a mixture of old and new grains and there is no obvious correlation with their sizes. The steady state distribution of grain size seems to be close to that of the initial state.

Résumé

De nombreuses études ont déjà été consacrées a la recristallisation dynamique, mais la plupart des travaux ont porte jusqu’a présent sur le cuivre et les aciers de construction microalliés, et presque toujours sur des nuances industrielles riches en impuretés ou en éléments d’addition. Nous avons donc décidé d’élaborer un matériau modèle de haute pureté proche de la nuance 304L et sans élément d’addition (C, N et S en particulier). Une série d’essais interrompus a été réalisée à 850 °C et 10^-3 s^-1. Dans ces conditions, la recristallisation dynamique provoque l’affinement des grains et la courbe contrainte-déformation présente un maximum unique. Nous observons une diminution d’un facteur 3 environ de la taille de grains moyenne entre l’état initial (ε = 0) et l’etat stationnaire (ε = 1,5). Le phénomène classique de recristallisation en collier qui conduit à l’apparition de nombreux germes le long des joints de grains fortement écrouis apparaît pour une déformation de 0,4. La croissance des germes provoque alors un adoucissement observe sur la courbe contrainte-déformation. On vérifie que les grains les plus jeunes (i.e. les germes) sont aussi les moins écrouis. De plus, ce sont les seuls grains dans lesquels on détecte des joints de macles. Au régime stationnaire de la recristallisation dynamique, on constate que le degré d’écrouissage des grains est très variable. En particulier, les petits grains sont soit faiblement écrouis (grains « jeunes »), soit au contraire fortement écrouis (« grains vieux », sur le point de disparaitre). La distribution des tailles de grains semble proche de celle de l’état recristallise initial.