Soundness of recovery treatment at 600°C for the restoration of physical-chemical properties on 2205 duplex stainless steel after second phase embrittlement

Duplex stainless steels (DSS) are high-strength corrosion resistant alloys that perfectly suit the requirements for structural application in highly oxidizing environments such as petrochemical industries and marine atmospheres. These properties are granted by the high content of alloying elements contained in these steels, which as consequence subjects the material to precipitation of numerous second phases when exposed to temperatures above 300°C. These secondary phases are detrimental to the material properties, causing the loss of corrosion resistance and of mechanical properties in particular toughness. This work starts from a company's need to recover mechanical properties and corrosion resistance of an S32205 duplex stainless steel suspected to be affected by alpha prime, without resorting to the 1050°C solubilization. After consolidating that the embrittlement was caused by alpha prime, the aim of the thesis was to determine the optimal holding time for a 600°C recovery treatment. The optimization was made through the characterization on the material treated for different periods of time. To check the soundness of this treatment, a set of characterization tests was conducted as a comparison on affected material further embrittled at 475°C and then recovered at 550°C for different periods. From the research the most effective holding time for the 600°C recovery has been found to be 2 hours, as this is the only treatment that overcome the limit values imposed by the client in elongation, corrosion rate, ductility, UTS and Rp02. Lower time does not allow for the complete recovery from the embrittlement while further time cause the precipitation of detrimental second phases. Even the values obtained with 2 hours treatment are just above the limit imposed by the client, not leaving much room for errors. This makes the 600°C recovery a good solution for pieces with thickness in the order of inches, while for higher thickness there is the risk of inhomogeneous properties between the surface and the heart.

Gli acciai inossidabili duplex (DSS) sono leghe ad alta resistenza alla corrosione che soddisfano perfettamente i requisiti per le applicazioni strutturali in ambienti altamente corrosivi come le industrie chimiche e petrolchimiche e le atmosfere marine. Queste proprietà sono conferite dall'elevato contenuto di elementi di lega presenti in questi acciai, che di conseguenza espone il materiale al rischio di precipitazione di numerose seconde fasi quando si trova a temperature superiori a 280°C. Queste fasi secondarie sono dannose per il materiale, causando la perdita della resistenza alla corrosione e delle proprietà meccaniche, in particolare della resilienza. Questo lavoro parte dall'esigenza di un'azienda di recuperare le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione senza ricorrere alla solubilizzazione a 1050°C. L’acciaio interessato è un acciaio inossidabile duplex S32205, che si sospettava fosse affetto da alfa primo. Dopo aver appurato che l'infragilimento fosse causato dall'alfa primo, lo scopo della tesi è stato quello di determinare il tempo di mantenimento ottimale per un trattamento di rinvenimento a 600°C. L'ottimizzazione è stata effettuata attraverso la caratterizzazione del materiale trattato per diversi periodi di tempo. Per verificare l’efficacia di questo trattamento, come confronto sono state condotte una serie di prove di caratterizzazione su materiali affetti ulteriormente infragiliti a 475°C e poi rinvenuti a 550°C per periodi diversi. Dalla ricerca è emerso che il tempo di mantenimento più efficace per il rinvenimento a 600°C è di 2 ore, in quanto questo è l'unico trattamento che supera i valori limite imposti dal cliente in termini di allungamento all’UTS, velocità di corrosione, duttilità, UTS e Rp02. Tempi inferiori non consentono il completo recupero dall'infragilimento, mentre tempi maggiori causano la precipitazione di seconde fasi dannose. Tuttavia anche i valori ottenuti con un trattamento di 2 ore sono appena superiori al limite imposto dal cliente, non lasciando molto margine di errore. Questo rende il recupero a 600°C una buona soluzione per pezzi con spessori nell'ordine dei centimetri, mentre per spessori più grandi il rischio di proprietà disomogenee tra superficie e cuore è elevato.