The structural stability of creep resistant austenitic steels SUPER 304H and Tp 347HFG

Abstract

The sigma phase precipitation can cause serious problems with application of creep resistant austenitic steels. This thesis deals with the SUPER 304H structural stability especially with the sigma phase precipitation. Degraded state of the steel SUPER 304H was reached by an isothermal laboratory exposition. Used exposition temperatures were 650, 675 and 700°C. Maximal exposition time was 2,45x104 hours. The sigma phase precipitation was confirmed by using various experimental methods (SEM, TEM, EBSD, EDS). Precipitation mechanism and morphology were documented and described. The main part of the thesis was quantification of the sigma phase precipitation and its mathematical description. Equations describing fraction area and precipitation rate of the sigma phase for the steel SUPER 304H are summarised by the thesis. Those equations were extended by using Fick´s laws and diffusion equations for steel Tp 347HFG. The thesis documents influence of the sigma phase precipitation on mechanical properties of the steel SUPER 304H and discusses applicability of this steel.

Precipitace sigma fáze v žáropevných materiálech může způsobit velmi vážné aplikační problémy. Tato práce se zabývá strukturní stabilitou ocele SUPER 304H s hlavním zaměřením na sigma fázi. Pro hodnocení byly použity laboratorně teplotě exponované vzorky SUPER 304H. Použité expoziční teploty byly 650, 675 a 700°C. Nejdelší dosažené expoziční časy byly v řádu 2,45 x 105 hodin. Potvrzení precipitace sigma fáze bylo provedeno použitím kombinace několika experimentálních metod (SEM, TEM, EBSD a EDS). Následně byl popsán mechanismus precipitace a popsána morfologie vznikající sigma fáze. Hlavní část disertační práce byla věnována kvantifikaci precipitující sigma fáze s rostoucí expozicí a následně jejímu matematickému popisu. Rovnice popisující rozvoj plošného zastoupení sigma fáze a precipitační rychlost sigma fáze jsou shrnuty v rámci disertační práce. Tyto rovnice byly následně prostřednictvím Fickových zákonů a popisu difuse v pevných látkách rozšířeny pro ocel Tp 347HFG. Disertační práce dále popisuje vliv precipitace sigma fáze na mechanické vlastnosti a diskutuje aplikovatelnost ocele SUPER 304H pro vysokoteplotní aplikace.