Carbon redistribution during sigma phase precipitation in high purity 25Cr-10Ni-0.35C-Si stainless steels

Redistribution du carbone pendant la précipitation de la phase sigma dans des aciers inoxydables 25Cr-10Ni-0,35C-Si

¹ Laboratoire de Métallurgie. Université de Annaba, BP 12-23000 Algérie
² Laboratoire de Physique de Guelma (LPG), Université de Guelma, Algérie
³ Ecole Nationale Supérieure des Mines, SMS-URA CNRS PECM, Saint-Etienne, France

Abstract

The role of carbon and chromium carbide during sigma phase precipitation in austenitic 310 stainless steels can be summarised in three main points: (a) carbide is a chromium source for sigma, (b) carbon is not soluble into sigma, (c) sigma precipitation can occur when (i) the carbon content in the matrix is lower than a critical value and (ii) the chromium-equivalent is higher than a critical value. These contradictory conditions ask the question of the distribution of carbon during sigma precipitation and chromium carbide dissolution which releases carbon insoluble into sigma. Several intermediate phases have been described in industrial alloys which contained carbide formers such as niobium or titanium but the redistribution of carbon has not been discussed when these elements are absent. In the present work, model alloys (25 Cr, 10 Ni, 0.35 C) containing only chromium as carbide former have been prepared and heat treated in the interval 750-850°C. Several phenomena occurring simultaneously have been observed: intergranular and transgranular precipitation of chromium carbide, in parallel with massive and lamellar sigma phase precipitation. The distribution of carbon between different kinds of carbide is discussed.

Résumé

Le rôle du carbone et des carbures de chrome pendant la précipitation de la phase sigma dans les aciers austénitiques 310 peut se résumer en trois points essentiels : (a) les carbures sont une source de chrome pour sigma, (b) le carbone n’est pas soluble dans sigma, (c) la précipitation de sigma peut se produire quand (i) la teneur en carbone de la matrice est inférieure à une valeur critique et (ii) le chrome-équivalent est supérieur à une valeur critique. Ces conditions contradictoires posent la question de la distribution du carbone pendant la précipitation de sigma et la dissolution des carbures qui libère du carbone insoluble dans sigma. Plusieurs phases intermédiaires ont été décrites dans des alliages industriels contenant des formateurs de carbures tels que le niobium ou le titane mais la redistribution du carbone n’a pas été discutée quand ces éléments sont absents. Dans le présent travail, des alliages modèles (25 Cr, 10 Ni, 0,35 C) contenant uniquement du chrome comme formateur de carbures, ont été préparés et étudiés dans l’intervalle 750-850°C. Plusieurs phénomènes, se produisant simultanément, ont été observés: précipitation inter- et trans-granulaire de carbures de chrome, en parallèle avec la précipitation massive et lamellaire de la phase sigma. La distribution du carbone entre les différents carbures est discutée.