Crack path and impact toughness of F55 stainless steel : influence of microstructure

Duplex Stainless Steels (DSS) are well known to have good impact toughness also at low temperature, nowadays tested at -46°C according to NORSOK standards. Among DSS, F55 grade is one of the toughest. This work investigates the impact behaviour of three F55 components industrially forged and solution annealed according to ASTM standard requirements. The components characterization has been performed, investigating the amount of austenite at room temperature, A/F ratio, the grain shape and size, and the presence of precipitates in the as-received condition. The material toughness has been investigated by Impact test performed from -80°C to +20°C. The material behaviour has been evaluated in terms of absorbed impact energy and crack path. The crack path length has been measured by Light Optical Microscope (LOM) and the software ImageProPlus6.2. The interaction between the microstructure and the crack path has been studied. Finally, the fracture surface of some Charpy specimens has been analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM) for identifying the fracture mechanisms. The study has been extended to 475°C embrittled Charpy specimens.

Gli acciai inossidabili Duplex sono noti per avere un ottimo comportamento all’ urto anche a basse temperature, oggigiorno regolati dalla normativa NORSOK che impone una temperatura di collaudo per la prova di Resilienza di -46°C. Tra i vari acciai Duplex, il grado F55 è tra quelli che mostrano la tenacità più elevata. Questo lavoro indaga il comportamento alla prova di impatto di tre componenti forgiati appartenenti al grado F55, forniti allo stato solubilizzato secondo i limiti imposti dalla normativa ASTM. E’ stata eseguita la caratterizzazione di tali componenti, indagando la quantità di austenite presente a temperatura ambiente, il rapporto A/F, la forma e dimensione dei grani, ed infine la presenza di eventuali precipitati. La tenacità del materiale è stata investigata tramite prove di Resilienza in un range di temperature tra i -80°C e i +20°C: il suo comportamento è stato classificato in base all’energia assorbita e al cammino di cricca. La lunghezza del cammino di cricca è stata misurata tramite microscopia ottica ed il software Image ProPlus 6.2. E’ stata inoltre approfondita l’interazione tra la microstruttura ed il cammino della cricca. In conclusione, la superficie di frattura di alcuni provini Charpy è stata analizzata tramite microscopia a scansione per identificare i meccanismi di frattura. Questa indagine è stata estesa anche a taluni provini Charpy appositamente esposti all’ “infragilimento a 475°C”.